CN109976077A - 光源模组 - Google Patents

Abstract

一种光源模组包括安装在至少一个块中的多个光源。所述块包括用于将至少一个块配合到相邻的块的配合面,以及用于分别安装所述多个光源的多个安装垫，所述安装垫沿垂直于所述光源的光辐射方向的方向上占据多个平面。所述配合面平行于所述光源的光辐射方向。多个块可以通过连接第一块的配合面与延伸出相邻块的配合面之外的凸起来组合。当所述块以这种方式结合时，位于多个平面中的安装垫沿着垂直于安装垫的轴在视点方向上重叠。以这种方式，光源不会阻碍来自相邻光源的光辐射。

Description

光源模组

技术领域

本发明涉及集合多个光源成为一个模组，其应用于需要使用多个光源以产生例如固态投影、激光聚光灯和工业制造激光器的高辐射功率系统的领域。

背景技术

固态照明装置，诸如半导体激光装置和发光装置，在越来越多的应用中正继续取代传统的白炽光源。使用固态照明装置可以有许多优点，包括寿命长、色纯和节能，但是在某些应用中，单个固态光源装置的光功率可能不足以直接取代现有技术。在需要具有比单个固态光源装置能够实现的更高的辐射功率的应用中，多个装置可以被结合以提供所需的辐射功率。这种应用的例子包括投影和激光制造。

这种应用要求来自多个固态光源的光束被结合以在维持小覆盖区域的同时产生非常高强度的光斑。这可以在一表面上创造非常高的功率密度以产生热，或者通过减小光束横截面来保持光学效率,例如当在散射介质中进行光转换过程时。随着多个固态光源的使用产生了另一个技术挑战；结合多个固态光源需要非常谨慎以在系统内实现高光学效率。

固态照明装置的性能特性与装置的温度密切相关。因为它们通常非常小，他们具有非常高的功率体积比，这意味着如果没有足够的散热，他们会很容易过热并且遭受效率降低、或者损坏。这些效果对于激光二极管尤为重要，并且技术解决方案必须被实施以控制这些装置的温度。

不同的应用需要不同的辐射功率系统。例如，一种使用于黑暗或者昏暗的房间的家庭影院投影仪，将要求比使用于光线良好的办公会议室的数据投影仪更低的峰值亮度。具有高度模组化并且可以按比例缩放以适合应用的多光源系统是有利的。

US9726329B2，光源装置，Matsuo等人公告于2017年8月8日，详细说明了可以容纳多个半导体激光元件的光源装置。它们以平面的形式布置在支撑元件中。所述支撑元件具有沿至少一对的列对齐的孔、通过在一侧上提供至少一对凹陷而形成设置于其上的所述孔的一薄壁部分、以及与所述薄壁部分相邻的一厚壁部分。所述半导体激光装置被设置在所述厚壁部分上且端子对从支撑元件的另一侧通过孔暴露。布线基板可以安装在由凹陷、薄壁部分和厚壁部分形成的凹槽内。

US9518725B2，光源装置，Sasamuro等人公告于2016年12月13日，描述了一种装置，其设置具有杆的第一半导体激光装置布置在第一支撑元件中，具有杆的第二半导体激光装置布置在第二支撑元件中。所述第二支撑元件放置在第一支撑元件的顶部上并且具有窗口部分以使第一激光装置发出的光穿过。从光辐射侧观察时，第一支撑元件中的激光装置的杆与第二激光装置的杆重叠。

US9360745B2，光源组件和具有该光源组件的投影仪，Song等人公告于2016年6月7日，描述了一种用于投影仪的光源组件。其包括了一种布置，其中多个光源被设置在第一平面中的第一主体上以辐射光，以及光源的第二阵列被设置在第二平面的第二主体上，以设定间隙与第一平面间隔开，并且其中第二光源通过第一主体中的通孔在相邻的第一光源之间辐射光。

现有技术描述了将多个光源结合于固定组件的布置。US9518725B2和US9360745B2描述了在多个保持特征中布置多个半导体激光装置的解决方案，以产生结合光束减小的横截面但不具有允许组装模组的尺寸变化的布置，因此并没有提出可扩展的解决方案。

发明内容

本发明描述了一种用于可扩展的多个光源的紧密封装的模组。保持多个光束的结合横截面尽可能小可以减小操纵集合输出光束所需的光学器件的尺寸。它还可以实现更好的光学效率。例如，当光与散射介质相互作用时，介质上较小的光束会减少有效光源的面积，意味着对于特定镜头，可以收集更多的光。光源模组的较小占用面积可有助于减小放置模组的系统的整体尺寸。可扩展光源模组可用于处理需要不同辐射功率系统的不同应用和模型的装置。没有现有技术有提供用于在模组化、可扩展的解决方案中结合多个光源于紧密封装的布置中的方法。

本发明的一个方面，光源模组是由为保持多个光源而设计的镶嵌块组成。每一个块包括至少两个用于光源的安装垫，且每一个安装垫位于多个平行平面中的一个上，使得当垂直于安装垫的平面观察时，安装块内的每个光源的基部可以与不同平行平面中的那些重叠。安装垫被定位使得每个安装垫的一个部分在一侧凸出于块，并且相反侧具有互补的凹部，使得具有互补设计的第二块可以镶嵌以形成紧密堆积的光源布置，伴随着光源的轮廓的重叠。多个块可以以任何的数量被镶嵌，以匹配应用程序所需的辐射功率。

本发明的一个方面，因此，是一种用于紧密封装多个光源的光源模组，其也是可扩展的。在示例性实施例中，光源模组包括安装在至少一个块中的多个光源，所述至少一个块包括分别安装所述多个光源的多个安装垫，所述安装垫在垂直于光源的光辐射方向的方向上占据多个平面；所述至少一个块还包括用于将所述至少一个块与相邻块结合的配合面，其中所述配合面平行于光源的光辐射方向。

参考以下描述和附图，本发明的这些和进一步的特征将是显而易见的。在说明书和附图中，作为采用本发明的原理的一些方式的指示，已经详细公开了本发明的特定实施例，但是应该理解，本发明不在相应的范围内限制。相反，本发明包括落入所附权利要求的精神和术语内的所有改变，修改和等同。关于一个实施例描述和/或示出的特征可以在一个或多个其他实施例中以相同方式或以类似方式使用和/或与其他实施例的特征结合或代替其他实施例的特征。

附图说明

图1A示出了垂直于安装垫配合面没有组装光源的单个块的正视图。

图1B示出了垂直于光辐射方向没有组装二极管的块的侧视图。

图1C示出了沿着光辐射方向的具有组装光源的块的正视图。

图1D示出了垂直于光辐射方向的具有组装二极管的块的侧视图。

图2A示出了沿着光辐射方向的块光源模组的正视图。电连接元件设置在安装垫的后部

图2B示出了图2A中的模组的正视图。

图3A示出了没有组装光源的块的正视图。为光源电端子提供的通道可以被看到。

图3B示出了图3A中的模组的后视图。

图4A示出了沿着光辐射方向的8块的光源模组的正视图。每个块具有3层，并且安装垫沿着光辐射方向形成六边形布置。

图4B示出了图4A中的光源模组的正视图。

图5示出了沿着光辐射方向的3块的光源模组的视图。每个块具有4层，并且安装垫沿着光辐射方向在组装模组中形成六边形布置。安装垫以不规则的方式布置以允许层中的光源之间的最大距离。

图6A示出了没有组装的光源的用于光源模组的被截断的前块和后块的后视图。设置于截面之间的是具有嵌入式热传输元件的夹层元件以将热量从光源转移。

图6B示出了图6A中所示的块的分解图。

图7A示出了垂直于光辐射方向包括具有组装光源的2个镶嵌块的模组的的侧视图。热传输元件嵌入块中并连接到散热工具上。

图7B示出了图7A中模组的前部的正视图。

图7C示出了图7A中模组背面的后视图。

图8A示出了具有集成透镜的激光二极管光源的正视图。图8B示出了沿着光辐射方向具有集成透镜的激光二极管光源的正视图。

图8C示出了沿着光辐射方向没有集成透镜的激光二极管光源的正视图。

图9A示出了由两个块组成的光源模组的垂直于光辐射方向的一侧的截面图。激光二极管光源没有集成透镜。透镜设置在激光二极管的前面，并通过形成在用于一对配合的块的凹槽中的保持特征保持在适当位置。

图9B示出了位于块中的透镜沿光辐射方向的正面的剖视图。第二块(未示出)与块配合以完成保持特征并将透镜保持在位置中。

图9C示出了示例性模制透镜阵列的等距视图。

图10A示出了具有组装光源的5块的光源模组的正视图。该模组具有顶部和底部封盖块、安装孔、并连接到基座散热器。

图10B示出了图10A中的光源模组的部分分解图。

图11示出了泵浦荧光体投影引擎的激光光源模组的示意图。

图12A示出了使用于泵浦荧光体投影引擎以实现激光光源的波长转换的激光光源中的轮的正视图。

图12B示出了图12A中的轮的正视图。

附图标记说明

具体实施方式

本描述了用于保持多个光源[101]的光源模组[105]。参靠图1a、1b、1c和1d；本发明的一个方面，模组[105]包括被设计成容纳多个光源[101]的一个或多个块[104]。每个块[104]包括用于光源[101]的贴附的多个安装垫[106]。每个块包括贴附到安装垫[106]的至少两个光源[101]。可选地，块[104]由导热材料制成，例如铜或铜合金，或铝或铝合金。块[104]也可以由两种或更多种熔融材料制成，例如一部分由合金A制成，第二部分由合金B制成。

在本发明的一个方面中，块[104]内的安装垫[106]被布置成在两个或更多个基本平行的平面之间交替设置的两排，并且可以一体形成在块[104]的材料内。安装垫[106]为每个光源[101]提供固定点。安装垫[106]所在的平面在光辐射方向(即，沿着垂直于安装垫[106]的轴线)彼此偏移一定距离，使得一个光源[101]在固定到安装垫[106]时可以是被完全容纳的，而不妨碍在不同平面中固定到安装垫[106]的光源[101]。

在本发明的一个方面中，块[104]内的安装垫[106]被定位,使得光源[101]安装到所述安装垫[106]上,并且沿着垂直于所述安装垫的轴线观察时,每个光源的基部[119](参见例如图3a)可以与另一个光源基部[119]重叠，但光束基本上不被阻挡。

在本发明的一个方面中，安装垫[106]被定位以使得安装垫[106]的部分[108]将至少部分地从块[104]的前平面[117]凸出，这样使得当光源[101]被安装时，从垂直于块[104]的前平面[117]的半球观察时，安装垫[106]的侧面和光源[101]的一侧露出。

在本发明的一个方面中，与块[104]的前平面[117]相对的面，称为后平面[118]，具有设置在块[104]内的凹槽[109]，使得它们是与前面的块[104]的凸出的安装垫[108]互补的，并用安装垫[106]镶嵌以包围前一块的光源[101]，并创建与单一的块[104]的一排内的单一尺寸重叠结构类似的二维重叠结构。可以以这种方式结合和镶嵌任何多个块[104]以创建光源[101]的二维阵列。

可选地，多个块[104]可以在几何上相似但不具有相同的结构，使得当两个块[104]结合时，与前一个块的前平面[117]相邻的两个侧面和与后续块[104]的后平面[118]相邻的两个侧面是齐平的。

参考图2a和2b所示，可选地，模组[105]可以包括底部封盖块[201]和顶部封盖块[202]中的任一个或两者。底部封盖块[201]用于提供用于安装光源[101]的基块[104]以及提供用于附接到底座的平面或其他互补的配合面。顶部封盖块[202]用于将安装垫[106]和光源[101]封装在上部块[104]中，并且还具有用于附接到底座的平面或以其他方式互补的配合面。

可选地，模组[105]的每个安装垫[106](如图1a中所述)包括穿过安装垫[106]至安装垫[106]的后面(与辐射方向相反)以用于连接光源[101]的电端子[120](参见例如图3b)与电连接元件[203]的孔[107]。这些电连接元件[203]连接在网络中以向光源[101]供电。它们可以串列或者并联，这取决于供电的性质，并且可以具有用于将所有主要电连接元件[203]连接在一起的辅助连接元件，用于减少与电源单独连接的数量。

可选地，前安装垫[111]具有在后安装垫[112]的间隔之间穿过模组[105]的长度至后表面的孔[107]。

可选地，块[104]可以包含在安装垫[106]后面沿平行于安装垫[106]表面的方向延伸的凹槽[110]，以允许电连接元件[203]在块[104]中被设置在安装垫[106]的每排的后面，而不损害光源[101]至块[104]的热接触。孔[107]被设置在安装垫[106]中，以允许每个光源[101]的电端子[120]的路径通过所述安装垫[106]到达电连接元件[203]。当多个模组被结合时，凹槽[110]被后续块的表面包围，以成为用于容纳所述电连接元件[203]的通道[205]。所述电连接元件[203]可以是例如刚性或柔性PCB(印刷电路板)线或其他。

参考图3a和3b，可选地，安装垫[106]的突出部分[108]具有形成在其中的通道[301]，以在光源[101]组装到安装垫[106]上时允许光源[101]的电端子[120]穿过安装垫[106]。当光源[101]位于最终组装位置时，所述通道[301]从安装垫[106]的边缘延伸到光源[101]装置的电端子[120]对准的位置，以使光源[101]装置的电端子[120]与基座部分[119]一起插入安装垫[106]的平面内。这允许前安装垫[111]的后表面与后安装垫[112]的前表面之间的距离小于光源[101]的长度，因为在组装期间光源[101]的端子[120]可通过这些通道[301]。

参考图3a和3b，在一个实施例中，光源[101]首先被布置成使得安装垫[106]的配合面和光源[101]的基部[119]的配合面在同个平面，且光源[101]的电端子[120]穿过安装垫[106]中的通道[301]，直到两个表面处于最终配合位置。

在另一个实施例中，安装垫[106]和电连接元件[203]中的一个或两个包括夹持光源[101]的电端子[120]的特征，使得光源[101]可以被牢固地保持在位置上。

参考图4a和4b，在一个实施例中，安装垫[106]被设置在三个或更多个平行平面之间，使得每个平面之间的间隔更大且由于光源[101]之间的间距增加使散热更有效，或者使得光源的面内密度[101]更高。

参照图5，在另一个实施例中，安装垫[106]被设置在两个或多个平面上的镶嵌块之间，使得跨越平面的安装垫[106]的布置是不规律的，并且每个块[104]可能有不同的配置。此外，在块[104]内布置成一排的安装垫[106]在不同块[104]之间的位置可以不同。光源[101]被设置在安装垫[106]上。可选地，光源模组[105]具有与上述块[104]和安装垫[106]相同的配置，但是光源[101]被设置在特定的安装垫[106]上，即可能存在没有光源[101]的安装垫[106]。

参考图6a和6b，可选地，块可以包括两个部分[601]、[602]；前排光源[101]设置在前部[601]上，后排光源[101]设置在后部[602]上，夹层元件[603]被设置在前部和后部之间。夹层元件[603]包含与后光源的光束同心的通孔[604]，以允许光通过。夹层元件[603]还可以具有用于散热的嵌入式热传输元件[605]，例如热管或液体冷却元件。

如图7a，7b和7c所示，可选地，热传输元件[605]被设置为嵌入模组[105]的后侧，在前排安装垫[111]的后面，使得光源封装不受损害但是热量可以有效地从模组带走。这些例如可以是分离的热传输元件[605]，可以是串联的或者单个的、连续的元件。

可选地，块[104]可以包括集成的翅片型特征，以提供增加的表面积并有助于向空气散热。这些可以从块[104]的任何表面凸出，并且在任何不会导致它们遮挡输出光束的任何部分的方向上延伸。

在本发明的一个方面，光源模组[105]的组装是通过首先将光源[101]组装到块[104]中来实现。光源[101]被安装在安装垫[106]上。组装成块的光源[101]的数量由应用的辐射功率要求确定。在一个实施例中，光源装置[101]在安装垫[106]上的定位，是通过在沿垂直于安装垫[101]并朝向安装垫[106]的方向平移光源之前，首先将每个光源[101]放置在块中的凹槽[109]中，使光源装置[101]的端子[120]穿过安装垫[106]中的孔[107]或通道[301]，直到光源[101]的安装垫[106]和基部[119]重合。电连接被形成于每个光源装置[101]的端子和电连接元件[203]之间。所述电连接可以是例如焊接或通过机械压力。一旦块[104]被用所要求数量的光源[101]填充，后续块[104]随后将添加到模组[105]，使得其与前一块[104]嵌合。后续块[104]位于前一块[104]的顶部，使得前一块[104]的前平面[117]和后续块[104]的后平面[118]重合。前一块[104]的安装垫[106]的凸出部分[108]的圆柱面也与后续块[104]的凹槽[109]重合，以包围每个光源装置[101]的侧面。两个块[104]的一些或全部重合表面可以简单地直接接触，可以具有提供保持力的螺钉或夹具，可以具有导热腔填充材料或粘合剂，或者可以焊接或以其他方式结合在一起。

在另一方面，每个光源基部[119]被安装并且可以与块[104]上的安装垫[106]相接。光源[101]可以通过结合材料、夹紧、螺钉或其他连接元件安装。可选地，结合材料可以是例如导热粘合剂或焊料。为了促进有效的传热，安装垫[106]与光源基部[119]的轮廓基本相同，或者光源基部[119]的至少大部分接触表面与安装垫[106]接触。可选地，光源[101]可以侧向装载到安装垫[106]上，使得安装垫[106]平行于光源[101]的基部[119]。导热纸或膏可以设置在安装垫[106]和光源的基部[119]之间。可选地，设置在安装垫[106]周围的块[104]上的开放楔形结构可用于将光源[101]推向安装垫[106]。可选地，光源[101]可以通过焊料，粘合剂或螺钉固定。

在一实施例中，光源[101]是如图8a和8b所示的半导体激光器元件[801]。可以接受的是[801]的其他形状也是可用的。激光输出可以来自电磁光谱的任何部分，包括UV、可见光和红外光。每个激光元件[801]将辐射至少一个激光束但不限于一个。

参考图8c，激光二极管[801]通常包括半导体芯片[805]，其与金属基板[802]结合。金属基板[802]又结合或以其他方式附接到基部[119]，基部[119]形成用于将激光二极管[801]连接到底座的连接表面。壳[804]将装置径向封闭在基部[119]的顶上；可选地，如图8a和8b所示，透镜[803]设置在半导体芯片[805]的前面。优选地，透镜[803]是准直的。准直透镜[803]是位于半导体芯片[805]前面的光学元件，以准直装置光输出，该光输出可以是自然发散和散光的。可选地，透镜[803]由组件的壳体[804]保持在位置上。两根连接线[806]将半导体芯片[805]连接到两个电端子[120]，其从激光二极管[801]的基部[119]凸出，用于向设备供电。

在另一个实施例中，容纳在模组[105]内的光源[101]包括两个或更多个不同的辐射波长的激光元件[801]。可选地，这些是激光元件[801]，其辐射具有波长约为450nm，525nm和625nm(或接近)的激光，或者以三种或更多种颜色的结合，或者单一颜色的阵列。可选地，提供给激光元件[801]的每个不同波长辐射组的电流是可变的，使得辐射功率可以变化，并且这些激光元件的复合颜色混合将满足一系列颜色，例如是诸如sRGB或BT.2020的颜色空间。此外，任何其他具有IR(800-1000nm)或UV(200-400nm)的激光器可以被安装。

在另一个实施例中，光源[101]是激光二极管[801]，并且激光输出被连接到一个或多个光纤中。每个光纤可以例如被连接到显示设备上，使得适合于运动图片的图像可以被产生。

参考9a和9b，在本发明的另一个实施例中，光源[101]不具有集成透镜[803]。可选地，透镜[803]被提供于每个光源[101]，在光源[101]外部。每个通过当由两个配合块[104]封闭在凹槽[109]和配合凹槽[114]中时将透镜[803]保持就位的保持特征[901]保持在位置上。保持特征可以是凹槽[109]和配合凹槽[114]的整体变窄部分，或者可以是通过例如封闭凹槽[204]中的螺纹部分，或通过胶合固定在封闭凹部[204]内的单独部件。参考图9c，可选地，可以提供用于每个光源的透镜[803]作为形成透镜阵列[902]的多个透镜中的一个或多个。透镜阵列[902]可以模制，或由单独的透镜[803]形成或组装到壳体中。然后可以将透镜阵列[902]夹紧、旋拧、胶合或以其他方式固定到光源模组[105]。

示例1：带有热管的两个块、两层的光源模组

参见图7a、7b、7c和8a、8b、8c；在一示例中，每个光源[101]是能够产生激光输出的激光二极管半导体元件[801]。半导体激光二极管是辐射峰值波长在440-460nm范围内的蓝光的基于氮化镓的激光二极管。激光二极管[801]是9mm TO-CAN型，其具有直径为9mm的圆形基部[119]，并且每个都设置在安装垫[106]上。可以将预对准和固定的透镜放置在TO-CAN中以准直光束。或者，可以在罐外部提供透镜布置，以使来自容纳在模组[105]内的一个或多个激光元件的光束准直。激光二极管[801]用焊料固定到安装垫[106]。每个激光二极管[801]具有穿过安装垫[106]的圆形面之间的两个孔[107]的两个接触端子[120]。在安装垫[106]的排后面设置有为用于每对端子[120]的连接的印刷电路板(PCB)的电连接元件[203]。对于激光二极管[801]的每个端子[120]，通孔焊接连接被提供于PCB中，端子[120]被焊接于其中。每个安装垫[106]是长度为6mm且直径为9mm的圆柱体。每个安装垫[106]被定位成使得圆柱形部分在块[104]中是一体的，并且圆柱部分[108]的另一半在块[104]的前平面[117]上方凸出。该块由铸铝合金制成。在块[104]的表面中存在半圆形横截面凹槽[109]，其与安装垫[106]共同径向并且同轴，使得每个激光二极管[801]可以定位在安装垫[106]上，在凹槽[109]中。存在有中心间隔为14mm的4个安装垫[106]的前排，以容纳3个激光二极管。存在有中心间隔也为14mm并且在垂直于安装垫[106]的圆形面的方向上设置在从安装表面到安装表面测量的，前排安装垫[111]后18mm处的4个安装垫[106]的第二排。当沿着辐射平面观察时,后排的第一安装垫[106]或安装垫[112]的中心位于距前排的安装垫[111]的第一安装垫的中心7mm处并且与前排的轴线对齐，使得安装到后安装垫[112]的激光二极管[103]的排被定位成从每个二极管辐射光束，该光束通过前排中的二极管[801]两侧的间隔传播。光通道[206]与激光束宽度相同，直径为3mm,设置在前排的二极管之间，以允许来自后排的辐射光束通过。每个块[104]的厚度为7mm，因此当它们结合时，每个波束之间保持7mm的间距并产生方形封装布置。在每个块[104]内设置有热传输元件[605]，这些热传输元件为三个热传输元件[605]。热传输元件[605]设置在形成于块[104]中的凹槽中，使得它们与块[104]的前平面边缘齐平。凹槽平行于垂直于安装垫的轴线，使得热传输元件在前光源[102]后面和后排光源[103]之间延伸。热传输元件[605]在相对端连接到翅片阵列以帮助散热。类似于第一块但处于互补设置的第二块[104]定位成使光源[102]的前排沿着排的方向从激光二极管[103]的后排移位7mm，使得它们与前一个块[104]的后排激光二极管[103]沿垂直于前平面的轴对齐。类似地，后排安装垫[106]具有相互的布置，由此沿着垂直于前平面的轴线后排中的安装垫[106]与前一块的安装垫的前排对齐。类似地，该块[104]具有设置在前排激光二极管[102]后面的三个热传输元件[605]。与第一块[104]具有相同布置的块[104]邻近第二块[104]的前平面[117]设置。该块[104]不包含激光二极管，但用于封闭设置在第二块[104]中的激光二极管[801]。

示例2：3层的激光二极管模组

参考图4a和4b，现公开了本发明的第二个示例。第二个示例与第一个示例类似，共同的特征将不再重复。在第二个示例中，每个块包含3排安装垫[106]。在每排中的安装垫[106]的中心之间存在21mm的间隔，并且在连续的平面中的每个安装垫[106]的中心之间具有与实施例1中类似的7mm的补偿。每个块[104]的高度为6.06mm，且沿着每排安装垫的方向，每个后续块的前排中的第一安装垫[106]之间的位移为10.5mm，使得复合模组的六边形布置形成。这使得激光二极管光束在辐射方向上更紧密地堆积，同时还增加了二极管之间的间隔以改善散热。

示例3：4层的不规则图案光源模组

现在在图5中公开和描述本发明的第三个示例。第三个示例与第二个示例类似，共同的特征将不再重复。在该示例中，块[104]包括4排安装垫[106]。安装垫[106]以不规律的方式布置在每个块[104]内，使得同一平面内的光源[101]之间的距离最大化。例如，在图5中可以看出，相邻的排不一定具有沿着一排设置在下一个位置的安装垫[106]。然而随着每个可用排位置的安装垫[106]以填充每个块[104]，模组[105]被紧密封装。在该示例中，最下排中的光源[101]是辐射波长为450nm(蓝色)的半导体激光器，第二排中的光源是525nm(绿色)，第三排中的光源是625nm(红色)以及最高排的光源为905nm(IR)。该模组[105]辐射R+G+B+IR的混合激光。在使用该模组时，用户可以选择激光器的波长以适应其产品。

示例4：具有散热器的五块、两层的激光二极管模组

现在公开了本发明的第四个示例。第四个示例与第一个示例类似，共同的特征将不再重复。所描述的光源模组[105]可以在图10a和10b中看到。在该第四示例中，第一个块[104]是底部“封盖”块[201]。前排和后排中的安装垫[106]以与第一示例相同的布置方式设置。模组的后面[118]基本上是平面的，没有来自面的凸起或设置在面中的凹槽。有四个法兰[1001]与块的后面[118]齐平，一个法兰在块[104]的每一个角落中。在每个法兰[1001]有用于直径为3mm的螺钉的孔[1002]。这允许模组[105]通过螺钉固定到平面散热器界面。散热工具[701]具有带4个螺纹孔[1003]的平面，以与底部封盖块[201]对齐。散热工具[701]是后表面中形成有翅片[1004]挤制铝材布置。每个翅片[1004]高50mm，宽2mm，翅片[1004]之间间隔2mm。翅片也可以布置成将空气引导到翅片[1004]上并将热量从该布置对流走。每个后续块[104]在前平面[117]中也具有四对孔，沿着面的边缘在每个角上对齐一对。每对的第一保持孔[1006]具有较宽的直径(例如6mm)，每对的第一保持孔[1006]具有较宽的直径(例如6mm)，从块的基部向下到较浅的深度(例如3mm)，并且到后表面具有较小的直径(例如3mm)，这样螺钉可以放入孔[1006]中并且螺钉的头部被保持，螺钉的螺纹主体从块[104]的后表面凸出。每对孔中的第二个是螺纹孔[1003]，用于接收从下一个块[104]的后平面[118]凸出的螺旋主体。螺纹孔[1003]和保持通孔[1006]的布置对于每个块交替，使得一个块可以拧入前一个块中以将每个块固定到前一个块并且形成模组[105]。模组中的第二块具有与第一示例中的第二块相同的结构，使得在后平面[118]中均存在凹槽[109]以及设置在前平面[117]中的安装垫[106]。第三个块是顶部封盖块[202]，类似于底部封盖块[201]，尽管被设计为与第二个块[104]的前面[117]镶嵌。顶部封盖块[202]包含用于封闭安装垫[106]的半圆形配合凹槽[114]，激光二极管[801]、和半圆形光通道[113]允许来自前一个块[104]的后排激光二极管[801]的光通过，尽管它有一个平坦的前平面[117]，使得第二平面散热器界面可以邻接该顶表面[1005]。顶部封盖块[202]可以连接到顶部散热工具[701]。该顶部散热工具[701]可以具有与底部散热工具[701]类似的翅片[1004]结构，并且具有用于在顶部散热工具[701]和顶部封盖块[202]之间插入螺钉的保持孔[1006]。

示例5：用于荧光体泵浦激光投影的双层激光二极管模组

如图11所示的第五示例中，示例2中描述的光源模组[105]被用于布置中以产生用于视频投影仪的复合白光输出。系统中的每个光学器件优选地具有抗反射涂层，该抗反射涂层设计成透射穿过光学元件的靠近或者处于特定光的波峰的最大量的光。

参考图11，对准辐射峰值波长为450nm的蓝色激光的光源模组[105]，使得结合光束首先输出通过聚焦透镜[1101]和准直透镜[1102]以传播光束。然后光入射到分束器[1103]上，该分束器将光束反射90°角。分束器[1103]是在一个面上具有二向色涂层的玻璃长方体。二向色涂层在特定波长(例如500nm)下是反射性的，因此光束分裂将主要反射蓝色激光，并且任何高于该波长的光将主要透射。聚焦光束入射在旋转轮[1106]上。参考图12，旋转轮[1106]包括具有反射表面[1201]的盘，在其上设置有分段环[1107]。聚焦光束在偏离轮中心的位置处入射到环[1107]上，使得轮[1106]的旋转移动分段环[1107]通过光路。电动机驱动轮[1106]平稳转动，例如每秒120转。环部分包括两种光转换材料[1202][1203][1107]和扩散器[1204]。光转换材料可以吸收进入的较高能量的光的宽带(在该示例中为蓝色激光)并且转换为并辐射较低能量的光。第一光转换材料[1202]是红色荧光体材料的区段，其峰值辐射波长在600和700nm之间，并且吸收带在400和500nm之间，使得蓝光可以被吸收并且辐射红光。为了改善散热并防止荧光体材料的衰减，荧光体材料被封装在树脂中。环[1107]其次包括绿色荧光体材料的区段[1203]，其峰值辐射波长在475nm和700nm之间，并且吸收带在400和500nm之间，使得蓝光可以被吸收，并且产生绿光。一对透镜[1108]靠近环[1107]设置，以光入射到环[1107]上的点为轴向中心。这些透镜[1108]用于将激光聚焦到环[1107]上并且在激光与环上的光转换材料相互作用之后收集并准直散射和反射回来的光[1107]。通过该透镜对[1108]转换和准直的光随后入射在分束镜[1103]上。来自第一光转换段[1202]和第二光转换段[1203]的光具有比分束器[1103]的反射阈值更长的波长，因此穿过分束器[1103]而不被反射。环[1107]还包含用于使激光二极管[801]的蓝光通过盘[1201]的扩散器部分[1204]。扩散器部分[1204]用于在激光穿过盘[1201]时帮助激光降噪，从而减少输出光的光强度变化。扩散器部分[1204]是透射的，因为大部分光穿过轮[1106]。通过轮[1106]的光随后通过轮后面的准直透镜[1109]以抑制光的发散，然后由三个折叠镜[1112]连续反射，每个折叠镜的折叠角度为90°，这样使得光被反射回来并入射到分束器[402]的后侧。因为光的波长小于分束器的透射阈值[1103]，它通过进一步的90°反射，以与由光转换材料部分[1202][1203]向后散射的光的光路重新结合。轮[1106]旋转以从激光输入产生循环颜色序列，从而可以产生复合彩色图像。随后，光被另一个透镜[1110]聚焦成与成像元件[1105]具有相同纵横比的整合元件[1104]。整合元件[1104]是被设计成用于加扰输入光的元件，使得输出中的强度变化最小，在该示例中，整合元件[1104]包括中空的矩形平面镜管。光在内壁上经历多次反射，并在均匀状态下从端部射出。在该示例中，该光用于照射成像装置[1105]，DMD(数字微镜装置)。DMD使用2D镜阵列调制光，以为照明序列中的每个步骤产生单色图像。DMD使用2D镜阵列调制光，以为照明序列中的每个步骤产生单色图像。当用眼睛观察时，单色图像的时间排序产生复合彩色视频帧。投影系统[1113]放大从成像装置[1105]反射的视频，以产生足够大的图像以供观看。

因此，本发明的一个方面是一种用于紧密封装多个光源的光源模组，该光源模组也是可缩放的。在示例性实施例中，光源模组包括安装在至少一个块中的多个光源；所述至少一个块包括用于分别安装所述多个光源的多个安装垫，所述安装垫在垂直于来自光源的光辐射方向的方向上占据多个平面；所述至少一个块还包括用于将所述至少一个块与相邻块结合的配合面，其中所述配合面平行于来自光源的光辐射方向。光源模组可以单独地或组合地包括以下特征中的一个或多个。

在光源模组的示例性实施例中，所述多个安装垫中的每一个定义沿光辐射方向设置的孔或凹槽，使得光辐射自由地从块中穿出。

在光源模组的示例性实施例中，所述安装垫的一部分凸出所述块的配合面之外，并且在所述块相对于所述配合面的相反侧上，所述块包括容纳所述相邻块的相应凸起的凹槽，使得当相邻块相对于所述至少一个块的配合面被横向放置时，所述多个平面中的所述安装垫沿着垂直于所述安装垫的轴在视点方向上重叠。

在光源模组的示例性实施例中，所述至少一个块中的所述安装垫具有一个至少部分封闭的侧面和一个开口部分，使得被安装的光源从所述块的外部暴露。

在光源模组的示例性实施例中，进一步包括用于散发来自所述光源模组的热量的热传输部件。

在光源模组的示例性实施例中，所述至少一个块包括包含第一组光源的第一部分和包含第二组光源的第二部分，并且所述热传输部件位于第一部分和所述第二部分之间。

在光源模组的示例性实施例中，所述块的所述第一部分和所述第二部分开设了孔或者凹槽使得热传输部件嵌入第一部分和第二部分之间的块内。

在光源模组的示例性实施例中，热传输部件位于光源模组的后侧，与所述光源的封装相间隔。

在光源模组的示例性实施例中，所述多个光源中的每一个具有基部，并且相邻光源的基部彼此重叠而不阻挡彼此的光辐射。

在光源模组的示例性实施例中，所述光源是半导体激光元件。

在光源模组的示例性实施例中，所述安装垫和/或所述光源以规律的镶嵌图案分布。

在光源模组的示例性实施例中，所述安装垫和/或所述光源以不规则的镶嵌图案分布。

在光源模组的示例性实施例中，每个所述光源具有位于半导体芯片前面的集成透镜元件。

在光源模组的示例性实施例中，所述多个光源中的每一个辐射相同波长的光。

在光源模组的示例性实施例中，所述多个光源中的两个或更多个辐射不同波长的光。

在光源模组的示例性实施例中，所述至少一个块包括第一块和第二块，并且所述第一块和第二块定位在一堆叠配置，使得所述第一块和第二块的配合面彼此面对并且接触。

在光源模组的示例性实施例中，所述至少一个块包括第一块和第二块，并且所述第一块和第二块定位在一堆叠配置，使得所述第一和第二块的配合面通过导热纸、导热膏、焊接或粘接中的一种热接触。

在光源模组的示例性实施例中，其中所述块还包括分别位于所述多个光源前面的多个保持特征，并且所述光源模组还包括分别收容在所述多个保持特征内的多个透镜元件。

在光源模组的示例性实施例中，所述保持特征包括形成在配合面上的凹槽。

在光源模组的示例性实施例中，所述透镜在透镜阵列中彼此连接，在透镜阵列中每个透镜元件位于相应保持特征内的相应光源的前面。

尽管本发明已经示出和描述了关于某些实施例，但是在阅读和理解本说明书和附图之后，本领域技术人员可以想到等同的改变和修改。特别是关于由上述元件(部件，组件，装置，组合物等)执行的各种功能，用于描述这些元件的术语(包括对“元件”的引用)旨在对应，除非另有说明，尽管在结构上不等同于在本发明的示例性实施例或实施例中执行功能的所公开的结构，但是表示执行所述元件的指定功能的任何元件(即，功能上等同的)。另外，虽然上面仅针对若干实施例中的一个或多个实施例描述了本发明的特定特征，但是这样的特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征组合，可能被期望和有利于任何给定或特定的应用。

工业实用性

由于本发明实现的可扩展性，本发明所描述的适用于多种应用。这包括但不限于工业激光切割机和激光投射光源。

Claims (20)

1.一种光源模组，其包括：

安装在至少一个块中的多个光源；

所述至少一个块包括用于分别安装所述多个光源的多个安装垫，所述安装垫沿垂直于所述光源的光辐射方向的方向上占据多个平面；以及

所述至少一个块还包括用于将所述至少一个块与相邻块结合的配合面，其中所述配合面平行于所述光源的光辐射方向。

2.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于：所述多个安装垫中的每一个定义沿光辐射方向设置的孔或凹槽，使得光辐射自由地从所述块中穿出。

3.如权利要求1-2任意一项所述的光源模组，其特征在于：所述安装垫的一部分凸出所述块的所述配合面之外，并且在所述块相对于所述配合面的相反侧上，所述块包括容纳所述相邻块的相应凸起的凹槽，使得当相邻块相对于所述至少一个块的所述配合面被横向放置时，所述多个平面中的所述安装垫沿着垂直于所述安装垫的轴在视点方向上重叠。

4.如权利要求1-3任意一项所述的光源模组，其特征在于：所述至少一个块中的所述安装垫具有一个至少部分封闭的侧面和一个开口部分，使得被安装的光源暴露于从所述块的外部。

5.如权利要求1-4任意一项所述的光源模组，进一步包括用于散发来自所述光源模组的热量的热传输部件。

6.如权利要求5所述的光源模组，其特征在于：所述至少一个块包括包含第一组光源的第一部分和包含第二组光源的第二部分，并且所述热传输部件位于所述第一部分和所述第二部分之间。

7.如权利要求6所述的光源模组，其特征在于：所述块的所述第一部分和所述第二部分开设了孔或者凹槽使得所述热传输部件嵌入所述第一部分和所述第二部分之间的块内。

8.如权利要求5所述的光源模组，其特征在于：所述热传输部件位于所述光源模组的后侧，与所述光源的封装相间隔。

9.如权利要求1-8任意一项所述的光源模组，其特征在于：所述多个光源中的每一个具有基部，并且相邻光源的基部彼此重叠而不阻挡彼此的光辐射。

10.如权利要求1-9任意一项所述的光源模组，其特征在于：所述光源是半导体激光元件。

11.如权利要求1-10任意一项所述的光源模组，其特征在于：所述安装垫和/或所述光源以规律的镶嵌图案分布。

12.如权利要求1-10任意一项所述的光源模组，其特征在于：所述安装垫和/或所述光源以不规则的镶嵌图案分布。

13.如权利要求1-12任意一项所述的光源模组，其特征在于：每个所述光源具有位于半导体芯片前面的集成透镜元件。

14.如权利要求1-13任意一项所述的光源模组，其特征在于：所述多个光源中的每一个辐射相同波长的光。

15.如权利要求1-13任意一项所述的光源模组，其特征在于：所述多个光源中的至少两个辐射不同波长的光。

16.如权利要求1-15任意一项所述的光源模组，其特征在于：所述至少一个块包括第一块和第二块，并且所述第一块和第二块定位在一堆叠配置，使得所述第一块和第二块的配合面彼此面对并且接触。

17.如权利要求1-16任意一项所述的光源模组，其特征在于：所述至少一个块包括第一块和第二块，并且所述第一块和所述第二块定位在一堆叠配置，使得所述第一和所述第二块的配合面通过导热纸、导热膏、焊接或粘接中的一种热接触。

18.一种光源模组，包括：

安装在至少一个块中的多个光源；

所述至少一个块包括用于分别安装所述多个光源的多个安装垫，所述安装垫在垂直于所述光源的光辐射方向的方向上占据多个平面；

所述至少一个块还包括用于将所述至少一个块与相邻块结合的配合面，其中所述配合面平行于所述光源的光辐射方向；以及

其中所述块还包括分别位于所述多个光源前面的多个保持特征，并且所述光源模组还包括分别收容在所述多个保持特征内的多个透镜元件。

19.如权利要求18所述的光源模组，其特征在于：所述保持特征包括形成在所述配合面上的凹槽。

20.如权利要求18-19任意一项所述的光源模组，其特征在于：所述透镜在透镜阵列中彼此连接，在所述透镜阵列中每个透镜元件位于相应保持特征内的相应光源的前面。