用于产生激光二极管控制信号的电路的制作方法

用于产生激光二极管控制信号的电路的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种用于由激光二极管控制信号(5)产生经调制的激光二极管控制信号(51)的电路(100)，其中所述电路具有用于以调制信号调制所述激光二极管控制信号(5)的高频调制器(6)，其中所述电路具有用于匹配所述高频调制器(6)的匹配装置(9)，其中所述匹配装置(9)根据或者能够根据至少一个激光二极管运行信息来配置。此外，提出一种具有所述电路(100)的激光二极管容纳部(1)、一种投影机、尤其一种具有所述激光二极管容纳部(1)的图像投影机(4)、一种具有所述激光二极管容纳部(1)和激光二极管(2)的图像投影机(4)以及一种用于匹配所述电路的高频调制器的方法和一种用于制造所述激光二极管容纳部(1)的方法。
【专利说明】用于产生激光二极管控制信号的电路

【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于产生激光二极管控制信号的电路。

【背景技术】
[0002]激光源尤其在基于激光的图像投影系统中的使用能够实现具有非常大的颜色空间的图像的产生。然而，图像质量通过所谓的散斑降低。当相干光、例如激光到达表面并且在那里散射时，产生散斑，如例如当激光到达投影屏幕上的情形那样。在此，在观察点中所有的散射中心的光波相互重叠并且一方面发生相消干涉而另一方面发生相长干涉，在相消干涉时重叠的光波相互抵消，因此在观察点中产生暗点，在相长干涉时重叠的光波增强，从而产生亮的光点。这导致整体上颗粒感的图像印象——即所谓的激光散斑(Laserspeckle)。因为所述现象降低图像质量，所以非常期望散斑的减少。
[0003]在文献WO 97/02507A1中描述了一种包括旋转镜的光学装置，所述旋转镜由锥形的反射体围绕。由于旋转镜的旋转，在锥形的反射体的侧面上引导激光。由于与之相关的快速运动发生干涉显现的混合，由此不再能够在视觉上感知所述干涉显现。
[0004]然而，对于这种装置而言不利的是:使用机械运动部件，从而尤其对于移动的投影机而言实现是相对开销较大的。此外，不能够实现对于移动系统而言所需的微型化。


【发明内容】

[0005]因此，本发明的任务是，提供一种电路、一种激光二极管容纳部、一种图像投影机、一种具有激光二极管的图像投影机、一种用于匹配电路的方法以及一种制造方法，它们不具有现有技术的缺点并且尤其可以相对简单地实现。
[0006]本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于产生激光二极管控制信号的电路。
[0007]本发明的核心在于，电路(100)具有用于以调制信号调制激光二极管控制信号的高频调制器(HF-Modulator)，其中电路还具有用于匹配高频调制器的匹配装置，其中所述匹配装置根据至少一个激光二极管运行信息来配置或可配置。
[0008]相对于现有技术，根据并列权利要求的根据本发明的电路、根据本发明的激光二极管容纳部、根据本发明的图像投影机、根据本发明的用于匹配用于由激光二极管控制信号产生经调制的激光二极管控制信号的电路中的高频调制器的方法以及制造方法具有以下优点:实现了用于散斑减少的电子解决方案，其具有基于匹配装置的配置与激光二极管运行信息的相关性的高频调制器或者调制信号的最优(功率)匹配。通过匹配能够有利地实现:使激光二极管控制信号的电功率的尽可能大的一部分耦合到激光二极管中。使所反射的功率的份额尽可能小。由此，能够实现以高的效率由可供使用的电功率产生激光辐射。
[0009]由此，能够实现基于激光的投影方法的图像质量的显著改善，因为尤其能够实现相对较好的散斑减少。有利地，根据本发明的解决方案是电子的。可以放弃机械运动部件。此外有利的是，电路是可微型化的并且因此可通过各种方式集成到投影系统中。此外有利地，电路可与不同的激光二极管和导线长度匹配，其中自动地进行匹配。还有利的是，电路可与减少散斑的其他措施组合，并且能够以不同制造商的激光二极管来运行所述电路。电路可用于基于激光的不同投影系统，尤其因为根据本发明直接在激光二极管上设置相干长度的高效减小。因此，本发明也尤其适于移动应用。在此，基于激光的可能投影系统不仅是简单的系统一例如激光笔(Laser Pointer)或激光测距仪而且是成像系统——例如激光投影机。通过高频调制器或者调制信号与用户情况的匹配最优地使用调制信号的功率，从而尤其引起相对较好的散斑减少。此外有利的是，可以相对低成本地实现电路的实现。能够有利地实现，根据本发明的用于散斑减少的电路可以用于基于激光的所有图像投影系统一例如手机投影机或平视显示器。
[0010]有利地，根据本发明的电路的匹配装置在电路的制造期间一次性配置并且保留在所述配置中。可以适于激光二极管的确定类型的运行参数或者也适于所选择的激光二极管地进行所述配置。但也可能的是，匹配装置保留可配置并且例如在进行的投影运行中可不间断地根据激光二极管运行信息配置。有利地，匹配装置也可配置用于另一个激光二极管，从而可以更换激光二极管容纳部中的激光二极管。
[0011]可由从属权利要求以及参照附图的说明得到本发明的有利的构型和扩展方案。
[0012]激光二极管控制信号的调制引起激光二极管的不同的振荡模式的起振和/或引起一个或多个振荡模式中的激光波长的调谐并且因此引起激光的相干长度通过例如激光二极管的相对较多的振荡模式的共同起振的减小。对于相对较大的观察时间区间(相对于调制周期)而言，平均形成具有扩宽的波长谱的状态。所述扩宽的波长谱引起相干长度的减小。有利地，减小的相干长度引起散斑图案中的更低对比度。
[0013]电路优选集成到激光二极管容纳部中，其中所述激光二极管容纳部例如可以是容纳基座或者也可以是激光二极管壳体。但也可以借助分离的组件实现电路。有利地，通过高频调制器或者调制信号的匹配使由高频调制器产生的功率耦合到激光二极管中以尽可能高效地调制激光二极管的运行。优选地，电路可用于多个激光二极管，或者对于多个激光二极管分别存在一个电路，例如对于由一个红色激光二极管、一个绿色激光二极管和一个蓝色激光二极管组成的三个激光二极管。
[0014]匹配装置可以分立地构造或者构造为集成电路。匹配装置优选由有源组件构造。匹配装置优选具有可调电容(例如变容二极管)。此外，优选可以接入分立的电容，其进一步优选构造为微机电系统(MEMS)或构造为 MOSFET (Metal1-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor:金属氧化物半导体场效晶体管)。优选可以通过并联的晶体管末级的关断/接通来实现高频调制器的输出阻抗水平的变化。此外优选地，可以通过开关来接通/关断电感，其中优选使电感串联。
[0015]根据一种优选的扩展方案，激光二极管运行信息包括激光二极管运行电流强度I和/或激光二极管运行电压U。
[0016]在此，在量值和相位方面检测高频调制的分量或者对于品质信号的产生考虑所述高频调制信号的分量。
[0017]由此能够有利地实现高频调制器与激光二极管的运行参数的相对精确的匹配。
[0018]可以通过以下不同的方式实现激光二极管运行电流强度和激光二极管运行电压的高频分量的检测:
[0019]在一种实现中，借助快速采样单元在时域中检测两个信号，并且通过在时间上分解的采样来确定信号的量值和相位。
[0020]在另一种实施中，通过与相同频率或类似频率的高频参考信号的混频来检测两个信号。由所产生的信号求取高频分量的量值和相位。
[0021]根据一种优选的扩展方案，电路配置用于由激光二极管运行电压U与激光二极管运行电流强度I的比例来产生品质信号。有利地，通过品质信号的产生仅仅需要品质信号的分析处理。
[0022]根据一种优选的扩展方案，电路具有用于测量激光二极管运行信息的定向耦合器。通过定向耦合器能够有利地实现:得到关于由高频调制器馈入的调制功率的信息和关于由激光二极管反射的调制功率的信息。通过所馈入的调制功率与所反射的调制功率的比较同样能够实现品质信号的求取。
[0023]根据一种优选的扩展方案，高频调制器配置用于产生具有大于或等于150MHz并且小于或等于1.5GHz的调制频率、优选大于或等于200MHz并且小于或等于1.0GHz的调制频率的调制信号。对于成像投影系统(其中激光射束逐像素地写图像)由所投影的图像的像素数量与投影系统的图像重复频率的乘积得到调制频率的下边界。调制频率的所述下边界还可以与一个附加因数相乘，所述附加因数例如具有值2或3或更高的值。通过激光二极管控制信号的所述高频调制能够有利地实现特别高效的散斑减少。
[0024]根据一种优选的扩展方案，匹配装置配置用于通过调制信号的调制频率的匹配和/或通过高频调制器的输出阻抗的阻抗匹配来匹配高频调制器。由此，能够有利地实现高频调制器的可变的且相对高效的匹配。优选地，在高频调制器的输出阻抗恒定时进行调制信号的调制频率的匹配，或者在调制信号的调制频率恒定时进行高频调制器的输出阻抗的阻抗匹配。
[0025]根据一种优选的扩展方案，匹配装置如此配置，使得以所述调制信号或以另一个调制信号来调制激光二极管控制信号。在此，所述另一个调制信号尤其通过迭代(Iterat1n)产生并且相应于所述调制信号的经改进的匹配(例如由于激光二极管的改变的运行参数)。所述另一个调制信号例如可以具有另一个调制频率，但其也可以具有与所述调制信号相同的调制频率。例如可以在投影运行中(重复地)重新配置匹配装置，从而有利地能够在投影运行期间实现分别匹配的配置。
[0026]另一个主题涉及激光二极管容纳部，尤其涉及具有根据以上实施方式之一所述的电路的容纳基座或激光二极管壳体。
[0027]另一个主题涉及投影机，尤其涉及具有激光二极管容纳部的图像投影机，所述激光二极管容纳部具有根据以上实施方式之一所述的电路。优选设置两个、三个或更多个激光二极管容纳部。
[0028]另一个主题涉及投影机，尤其涉及具有激光二极管容纳部的图像投影机，所述激光二极管容纳部具有根据以上实施方式之一所述的电路和激光二极管。优选设置两个、三个或更多个激光二极管容纳部。
[0029]另一个主题涉及用于匹配用于由激光二极管控制信号产生经调制的激光二极管控制信号的电路中的高频调制器的方法。
[0030]根据一种优选的扩展方案，测量激光二极管运行电流强度和/或激光二极管运行电压作为激光二极管运行信息。因此能够有利地实现高频调制器与激光二极管的运行参数的相对精确的匹配。
[0031]根据一种优选的扩展方案，借助定向耦合器测量激光二极管运行信息。通过定向耦合器能够有利地实现:得到关于由高频调制器馈入的调制功率和由激光二极管反射的调制功率的信息。通过所馈入的调制功率与所反射的调制功率的比较同样能够实现品质信号的求取。高频调制信号优选与激光控制脉冲相加地重叠。在图像投影机中，优选在视频放大器之前或之后发生重叠。
[0032]根据一种优选的扩展方案，以调制信号调制激光二极管控制信号，其中所述调制信号具有大于或等于150MHz并且小于或等于1.5GHz的调制频率，优选具有大于或等于200MHz并且小于或等于1.0GHz的调制频率。对于成像投影系统(其中激光射束逐像素地写图像)由所投影的图像的像素数量与投影系统的图像重复频率的乘积得到调制频率的下边界。优选地，调制频率的所述下边界还可以与具有值2或更高的值的附加因数相乘。通过激光二极管控制信号的所述高频调制能够有利地实现特别高效的散斑减少。
[0033]根据一种优选的扩展方案，匹配装置匹配调制信号的调制频率。根据另一种优选的扩展方案，匹配装置匹配高频调制器的输出阻抗。由此能够有利地实现高频调制器或者调制信号的可变的并且相对高效的匹配。优选地，在高频调制器的输出阻抗恒定时进行调制信号的调制频率的匹配，或者在调制信号的调制频率恒定时进行高频调制器的输出阻抗的阻抗匹配。
[0034]根据一种优选的扩展方案，在第三步骤中求取至少一个另外的激光二极管运行信息，其中在第四步骤中根据另外的激光二极管运行信息来配置电路的匹配装置以匹配高频调制器以产生另一个调制信号。在此，所述另外的调制信号尤其通过迭代(Iterat1n)来产生并且相应于所述调制信号的经改进的匹配(例如根据激光二极管的改变的运行参数)。所述另外的调制信号例如可以具有另一个调制频率，但其也可以具有与所述调制信号相同的调制频率。例如可以在投影运行中(重复地)重新配置匹配装置，从而有利地能够在投影运行期间实现分别匹配的配置。
[0035]另一个主题涉及用于制造具有根据以上权利要求中任一项所述的电路的激光二极管容纳部的方法。
[0036]本发明的实施例在附图中示出并且在随后的描述中进一步阐述。

【专利附图】

【附图说明】
[0037]附图示出:
[0038]图1示意性示出根据一种示例性实施方式的电路；
[0039]图2示意性示出根据另一种示例性实施方式的电路；
[0040]图3示意性示出根据一种示例性实施方式的图像投影机和激光二极管容纳部；
[0041]图4示意性示出根据一种示例性实施方式的图像投影机；
[0042]图5a、5b、5c和5d示意性示出匹配电路的示例性实施方式。
[0043]在不同的附图中，相同的部件始终设有相同的参考标记并且因此通常也分别仅仅一次描述或者提及。

【具体实施方式】
[0044]图1示意性示出根据本发明的一种示例性实施方式的电路100，其中所述电路100包括设置在以虚线包围的区域中的部件。电路100在输入端上具有激光二极管控制信号5。电路100具有高频调制器6、匹配电路9、电阻11和分析处理电路10。激光二极管控制信号5可以是未经调制的信号或已经调制的信号、连续波信号或中断的信号。高频调制器6产生调制信号，借助所述调制信号来调制激光二极管控制信号5。由此，激光二极管控制信号5通过高频调制器6和随后的匹配电路9转换成经调制的激光二极管控制信号51。经调制的激光二极管控制信号51控制激光二极管2。测量激光二极管运行电压U和激光二极管运行电流强度I。在分析处理电路10中由激光二极管运行电压U和激光二极管运行电流强度I求取品质信号12，所述品质信号直接传输给匹配电路9。
[0045]通过以150MHz和1.5GHz之间的范围中的频率高频调制用于激光二极管的激光二极管控制信号能够减少散斑。特别地，通过所述调制使激光二极管的更多振荡模式起振，这导致由激光二极管发射的光谱的扩宽。激光二极管的调谐干扰所发射的激光辐射的时间相干并且因此导致其相干长度的减小。这在所投影的、具有明显减少的散斑的图像中表明。不仅散斑对比度降低，而且散斑自身变得更微粒并且因此对于观察者而言干扰性更小。激光二极管控制信号的所述高频调制优选可以通过高频驱动器通过不同的方式集成到投影系统中。电路100可以直接在激光二极管处集成到激光二极管壳体中或者激光二极管容纳部中。但电路100也可以设置在激光二极管壳体之外。设有两种方法(单独使用或者共同使用)来匹配高频调制器6或者调制信号。第一是在调制器的输出阻抗优选始终不变的情况下的调制频率匹配，以及第二是阻抗匹配一即调制器的输出阻抗通过有源构件和/或无源构件的变化。这优选可以通过匹配电路中的可调电容或者晶体管的接通和关断实现。
[0046]图2示意性示出根据本发明的另一种示例性实施方式的电路100，其中所述电路100包括设置在以虚线包围的区域中的部件。所述电路100与在图1中示出的电路100的区别在于:在所述电路中设置有定向耦合器20。定向耦合器20由激光二极管控制信号51求取电压Ur和电压Uh。在此，电压Uh用作所馈入的功率的强度的度量(去程波)，而电压Ur用作所反射的功率的强度的度量(回程波)。在分析处理电路10中分析处理电压Ur和电压Uh，其中求取品质信号12。品质信号12直接传输给匹配电路9。
[0047]图3示意性示出根据一种示例性实施方式的图像投影机4和激光二极管容纳部I。激光二极管容纳部I具有壳体3。激光二极管容纳部I容纳激光二极管2。在这种实施方式中，根据图1的根据本发明的电路100优选设置在激光二极管容纳部I中。图像投影机4或者图像电子器件单元40向视频放大器7发送图像信号45。图像放大器7向电路100发送激光二极管控制信号5，所述激光二极管控制信号已经以图像信息调制。关于图1实施的适于电路100。在电路100中，由激光二极管控制信号5产生经调制的激光二极管控制信号51。电路100可以集成到用于视频电子器件的壳体中。但电路100也可以设置在用于视频电子器件的壳体之外。
[0048]图4示意性示出根据本发明的一种示例性实施方式的投影机4、尤其图像投影机
4。图像投影机4优选具有图2中的根据本发明的电路。激光二极管控制信号51从图像投影机4传输到传统的激光二极管容纳部I或者激光二极管2。
[0049]图5a、5b、5c和5d示意性示出匹配电路的示例性实施方式。在图5a中示出具有一个晶体管501、两个可调节的电容502、504和一个可调节的电感503的π单元(P1-Glied)形式的匹配电路9。π单元表示低通的实施方式并且以期望的方式变换电流与电压比例。由文献已知其他实施方式(滤波器的其他阶、T结构等)。在图5b中示出具有三个并联的晶体管505的另一种匹配电路9，其中三个点应表明也可以设置其他的并联的晶体管。借助所述电路来调节可变的阻抗水平。对此，根据多个晶体管的所期望的阻抗水平接通或关断。在图5c中示出具有可通过开关507接通和关断的电感506的匹配电路9的另一个元件。借助所述装置可以使阻抗的虚部改变电感的量值。通过多个元件的串联可以实现阻抗的可多级调节的虚部。
[0050]在图5d中示出具有三个并联的电容509的匹配电路9的另一个元件，其中所述电容可以分别通过开关508接通和关断。三个点表明还可以设置其他的电容。通过电容的并联同样可以逐步地调节阻抗的虚部。
【权利要求】
1.一种用于由激光二极管控制信号(5)产生经调制的激光二极管控制信号(51)的电路(100)，其特征在于，所述电路(100)具有用于以调制信号调制所述激光二极管控制信号(5)的高频调制器￠)，其中，所述电路(100)具有用于匹配所述高频调制器￠)的匹配装置(9)，其中，所述匹配装置(9)根据或者能够根据至少一个激光二极管运行信息来配置。
2.根据权利要求1所述的电路(100)，其特征在于，所述激光二极管运行信息包括激光二极管运行电流强度I和/或激光二极管运行电压U。
3.根据权利要求2所述的电路(100)，其特征在于，所述电路(100)具有分析处理电路(10)，其配置用于由所述激光二极管运行电压U与所述激光二极管运行电流强度I的比例产生品质信号(12)。
4.根据权利要求1所述的电路(100)，其特征在于，所述电路(100)具有用于测量所述激光二极管运行信息的定向I禹合器(20)。
5.根据以上权利要求中任一项所述的电路(100)，其特征在于，所述高频调制器(6)配置用于产生具有大于或等于150MHz并且小于或等于1.5GHz的调制频率、优选大于或等于200MHz并且小于或等于1.0GHz的调制频率的调制信号。
6.根据以上权利要求中任一项所述的电路(100)，其特征在于，所述匹配装置(9)配置用于通过所述调制信号的调制频率的匹配和/或通过所述高频调制器(6)的输出阻抗的阻抗匹配来匹配所述高频调制器(6)。
7.根据以上权利要求中任一项所述的电路(100)，其特征在于，所述匹配装置(9)如此配置，使得以所述调制信号或者以另一个调制信号来调制所述激光二极管控制信号(5)。
8.一种具有根据以上权利要求中任一项所述的电路(100)的激光二极管容纳部(I)。
9.一种投影机、尤其图像投影机(4)，所述投影机具有根据权利要求8所述的激光二极管容纳部(I)，其中，所述激光二极管控制信号(5)是图像数据信号。
10.一种投影机、尤其图像投影机(4)，所述投影机具有根据权利要求8所述的激光二极管容纳部(I)和激光二极管(2)。
11.一种用于匹配用于由激光二极管控制信号(5)产生经调制的激光二极管控制信号(51)的电路(100)中的高频调制器(6)的方法，其特征在于，所述电路(100)具有用于以调制信号来调制所述激光二极管控制信号(5)的高频调制器￠)，其中，在第一步骤中求取至少一个激光二极管运行信息，其中，在第二步骤中根据所述激光二极管运行信息来配置所述电路(100)的匹配装置(9)以匹配所述高频调制器￠)以产生所述调制信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，测量激光二极管运行电流强度I和/或激光二极管运行电压U作为激光二极管运行信息。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述激光二极管运行信息包括借助定向耦合器(20)测量的去程电压Uh和反射电压Ur。
14.根据权利要求11、12或13中任一项所述的方法，其特征在于，以所述调制信号调制所述激光二极管控制信号(5)，其中，所述调制信号具有大于或等于150MHz并且小于或等于1.5GHz的调制频率，优选具有大于或等于200MHz并且小于或等于1.0GHz的调制频率。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述匹配装置(9)匹配所述调制信号的调制频率。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述匹配装置(9)匹配所述高频调制器￠)的输出阻抗。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其特征在于，在第三步骤中求取至少一个另外的激光二极管运行信息，其中，在第四步骤中根据所述另外的激光二极管运行信息来配置所述电路(100)的匹配装置(9)以匹配所述高频调制器￠)以产生另一个调制信号。
18.一种用于制造激光二极管容纳部(I)的方法，所述激光二极管容纳部具有根据权利要求I至7中任一项所述的电路(100)。
【文档编号】H01S5/042GK104247175SQ201280072433
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年4月17日 优先权日:2012年4月17日
【发明者】J·塞德尔, R·菲斯, J·哈施, A·弗雷泽里克森, T·希尔贝拉特 申请人:罗伯特·博世有限公司