CN219143279U - 一种混合光源照明系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混合光源照明系统，包括：激光模组、第一LED模组和中继模组，激光模组包括激光光源和激光反射镜，激光光源输出激光光束，激光反射镜与激光光束倾斜设置；第一LED模组包括LED光源和波长合束镜，LED光源输出LED光束，波长合束镜与LED光束倾斜设置；LED光源平行于激光光源设置；且波长合束镜平行于激光反射镜设置；中继模组包括中继反射镜，中继反射镜平行于波长合束镜设置；中继反射镜的光路反射至产品。本实用新型混合利用了LED光源和激光光源，一方面利用了LED波长丰富，成本低的优点，另一方面利用了激光功率高、连接方便、体积小、孔径小等优点。不仅丰富了系统光波长，同时还提升了光功率的输出。

Description

一种混合光源照明系统

技术领域

本实用新型涉及工业曝光设备技术领域，尤其是指一种混合光源照明系统。

背景技术

在激光直写成像(LDI)设备领域，针对PCB油墨曝光制程中，为了满足不同油墨敏感度需求、提升设备性能、提高生产效率、提升设备寿命等，需要使用不同波段的光源。

现有技术中，采用单一LED光源或者是单一激光光源的DLP照明系统，在单一LED光源系统中，LED芯片直接连接匀光的光棒，对LED光源的光收集完全依靠光棒尺寸以及芯片离光棒的间距。尽管可以采用不同波长的LED芯片，但芯片的数量受到接收面尺寸限制，无法扩展，因此光源功率有限，且因为LED芯片功率较低，系统的出射光功率受限；单一激光光源的DLP系统，光功率高，但由于波长的不连续性，系统光源波长比较单一，不如LED光源波长丰富。因此在面对不同油墨的阻焊曝光领域应用单一。此外，激光存在散斑现象，对曝光成像质量产生不良影响。激光的发散角小，对激光的匀光设计也不同于LED光源系统。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中激光直写成像设备的光源波长单一或出射光功率低的缺陷。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种混合光源照明系统，包括：

激光模组，所述激光模组包括激光光源和激光反射镜，所述激光光源输出激光光束，所述激光反射镜与所述激光光束倾斜设置；

第一LED模组，所述第一LED模组包括LED光源和波长合束镜，所述LED光源输出LED光束，所述波长合束镜与所述LED光束倾斜设置；所述LED光源平行于所述激光光源设置；且所述波长合束镜平行于所述激光反射镜设置；

中继模组，所述中继模组包括中继反射镜，所述中继反射镜平行于所述波长合束镜设置；所述中继反射镜的光路反射至产品。

在本实用新型的一个实施例中，所述激光模组还包括激光准直透镜，所述激光准直透镜垂直于所述激光光源设置。

在本实用新型的一个实施例中，所述LED光源包括LED基板和LED芯片，至少两个所述LED芯片设置在所述LED基板的一侧，所述基板的另一侧设置有液冷板，所述液冷板上开设有进水口和出水口。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一LED模组还包括LED透镜和LED光阑，所述LED透镜和LED光阑依次设置在所述LED芯片远离LED基板的一侧；所述LED透镜的数量与所述LED芯片的数量相等。

在本实用新型的一个实施例中，所述激光反射镜与所述波长合束镜之间设置有扩散片，所述扩散片垂直于所述激光反射镜的反射光路。

在本实用新型的一个实施例中，所述波长合束镜与所述中继反射镜之间设置有匀光棒，所述匀光棒的轴线垂直于所述扩散片设置。

在本实用新型的一个实施例中，所述匀光棒与所述波长合束镜之间设置有会聚透镜，所述匀光棒与所述中继反射镜之间设置有第一中继透镜，且所述会聚透镜与所述第一中继透镜均垂直于所述匀光棒轴线设置。

在本实用新型的一个实施例中，所述中继组件还包括中继光阑和第二中继透镜，且所述中继光阑和第二中继透镜依次沿所述中继反射镜的光路设置。

在本实用新型的一个实施例中，所述激光反射镜与所述激光光束入射光线之间的倾斜夹角大于等于15°且小于等于45°；且所述激光反射镜、波长合束镜和中继反射镜之间相互平行。

在本实用新型的一个实施例中，还包括外壳，所述外壳罩设在所述激光模组、第一LED模组和中继模组的外侧。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型的一种混合光源照明系统，波长合束镜将激光反射镜反射的激光光束进行透射，而将LED光束进行反射，混合光源最后通过中继反射镜将混合光源的光束射出至目标位置。本实用新型混合利用了LED光源和激光光源，一方面利用了LED波长丰富，成本低的优点，另一方面利用了激光功率高、连接方便、体积小、孔径小等优点。不仅丰富了系统光波长，同时还提升了光功率的输出。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型实施例一的整体结构示意图；

图2为图1中内部零件结构示意图；

图3为本实用新型实施例二的结构示意图；

说明书附图标记说明：1、激光模组；2、第一LED模组；3、中继模组；4、DMD反射镜；5、DMD；6、外壳；7、会聚透镜；8、匀光棒；9、第二LED模组；11、激光光源；12、激光准直透镜；13、激光反射镜；14、扩散片；21、LED基板；22、LED芯片；23、LED透镜；24、LED光阑；25、波长合束镜；26、液冷板；27、进水口；28、出水口；31、第一中继透镜；32、中继反射镜；33、中继光阑；34、第二中继透镜；91、LED合束镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

实施例一

参照图1-3所示，本实用新型公开了一种混合光源照明系统，包括：

激光模组1，激光模组1包括激光光源11和激光反射镜13，激光光源11输出激光光束，激光反射镜13与激光光束倾斜设置；

具体的，激光光源11为光纤，通过激光发射器将激光光束发射出去，激光光束的光路射入激光反射镜13，这里激光反射镜13倾斜设置，是为了将激光光束反射出去；

第一LED模组2，第一LED模组2包括LED光源和波长合束镜25，LED光源输出LED光束，波长合束镜25与LED光束倾斜设置；LED光源平行于激光光源11设置；且波长合束镜25平行于激光反射镜13设置；

具体的，LED光源将LED光束射向波长合束镜25，同时激光反射镜13将激光光束反射至波长合束镜25上，这里波长合束镜25倾斜设置，是为了将LED光束反射出去，而波长合束镜25于激光反射镜13平行设置是为了更好的接收激光反射镜13反射的激光光束。

中继模组3，中继模组3包括中继反射镜32，中继反射镜32平行于波长合束镜25设置；中继反射镜32的光路反射至产品。

可以看出，波长合束镜25将激光反射镜13反射的激光光束进行透射，而将LED光束进行反射，混合光源最后通过中继反射镜32将混合光源的光束射出至目标位置。本实用新型混合利用了LED光源和激光光源11，一方面利用了LED波长丰富，成本低的优点，另一方面利用了激光功率高、连接方便、体积小、孔径小等优点。不仅丰富了系统光波长，同时还提升了光功率的输出。

进一步的，为了提高激光光束的平行性，激光模组1还包括激光准直透镜12，激光准直透镜12垂直于激光光源11设置。

具体的，激光的光束是由光纤发射出来的，光线随着距离的增加会散射，而激光准直透镜12的本质是凸透镜，光纤的激光发射点设置在激光准直透镜12的焦点出，通过激光准直透镜12后，可以将发散的光纤变成平行的光线。

进一步的，LED光源包括LED基板21和LED芯片22，至少两个LED芯片22设置在LED基板21的一侧，LED芯片22通过表面贴装焊接在LED基板21上，为了保证有更多的LED光束，至少设置有两个LED芯片22。由于LED芯片22在工作过程中会产生热量，为了提高热量的散发，本实用新型采用液冷降温，具体的，基板的另一侧设置有液冷板26，液冷板26上开设有进水口27和出水口28。LED基板21紧贴液冷板26，将LED芯片22工作产生的热量传递至液冷板26内，通过流动的液体将热量带走。

进一步的，由于LED芯片22产生的光纤发散，强度较低，因此，需要将光线进一步会聚，提高LED光束的强度，同时需要保证LED光束的平行性。具体的，第一LED模组2还包括LED透镜23和LED光阑24，LED第透镜和LED光阑24依次设置在LED芯片22远离LED基板21的一侧；LED透镜23的数量与LED芯片22的数量相等。LED光束在通过LED透镜23后，将LED出射光进行准直，当LED光通过LED光阑24后，一方面限制光束孔径大小，另一方面阻挡杂散光。

进一步的，为了提高激光光束的均匀性，激光反射镜13与波长合束镜25之间设置有扩散片14，扩散片14垂直于激光反射镜13的反射光路。扩散片14可以位于激光反射镜13和波长合束镜25之间，也可以位于激光准直透镜12和激光反射镜13之间。

进一步的，为了保证混合光束的均匀性，波长合束镜25与中继反射镜32之间设置有匀光棒8，匀光棒8的轴线垂直于扩散片14设置。具体的，经波长合束镜25透射的激光，以及被波长合束镜25反射的LED光，经会聚透镜7后，被耦合进匀光棒8。作为本实用新型的优选方案，匀光棒8可以是实心的石英光棒，或者是空心的玻璃光管。

进一步的，由于匀光棒8形状的限制，需要将混合光束进行耦合进入匀光棒8，具体的，匀光棒8与波长合束镜25之间设置有会聚透镜7，其次，匀光棒8通过对耦合进的LED光束及激光光束进行多次内反射，从匀光棒8出射端出射的光斑分布均匀。均匀的光斑通过中继透镜模组放大后出射；匀光棒8与中继反射镜32之间设置有第一中继透镜31，且会聚透镜7与第一中继透镜31均垂直于匀光棒8轴线设置。

进一步的，为了进一步对混合光束进行形状的限制，中继组件还包括中继光阑33和第二中继透镜34，且中继光阑33和第二中继透镜34依次沿中继反射镜32的光路设置。作为本实用新型的优选方案，第一中继透镜31和第二中继透镜34分别由N片(N>1)透镜组成，包含正透镜和负透镜。

具体的，中继光阑33设置在中继反射镜32之后，中继透镜后组之前，且位于整个中继模组3的孔径光阑处，中继光阑33是中心为圆形通光孔径的光阑。第一中继透镜31、中继光阑33及第二中继透镜34，组成了双远心的光学系统，此系统具有较长的后截距，一般大于70mm。便于在第二中继透镜34与产品(DMD5)之间设计转折光路。比较常用的是采用TIR棱镜和反射镜，本实用新型中采用DMD反射镜4。DMD反射镜4将中继模组3出射的光束进行二维方向的反射转折，以特定空间角照明产品(DMD5)。

进一步的，为了保证激光透视镜、波长合束镜25和中继反射镜32接收到入射光束且能将光束进行反射，激光透视镜、波长合束镜25和中继反射镜32的倾斜角度均大于等于15°且小于等于45°，在本实用新型中，可以根据各个模组的排布减小角度，进而减小整个装置的体积。

进一步的，为了保证整个装置的稳定性和美观性，还包括外壳6，外壳6罩设在激光模组1、第一LED模组2和中继模组3的外侧。具体的，外壳6成Z型结构布局，减小了空间尺寸，使得系统结构尺寸小，更紧凑。

实施例二

参照图3所示，作为本实用新型的另一个实施例，为了进一步丰富混合光源后波长的丰富程度，在实施例二中：紧贴第一LED模组2的底部设置有第二LED模组9，并且第一LED模组2与第二LED模组9相互垂直安装，并且在两组LED组件之间增加一个LED合束镜91，并且LED合束镜91的两个面分别与两个LED模组的光束呈45°放置，两组LED的光束在通过LED合束镜91合束后，再以15°-45°的入射角射入波长合束镜25中进行反射。

综上，本实用新型介绍了一种混合光源的照明系统，首先，混合利用了LED光源和激光光源11。利用了LED波长丰富，成本低的优点，同时利用了LED功率高、连接方便、体积小、孔径小等优点。丰富了系统光波长，提升了光功率输出。其次，优化了LED光路设计，充分利用了LED的单位面积功率，同时分散了LED排布，减少了LED的热量集中，有助于LED更稳定高效的工作。此外，优化了激光的光路设计，一方面利用激光的孔径角小，有利于和镜头的光瞳匹配耦合；另一方面，前端耦合优化了激光发散角，保证功率损失不大的情况下，提升激光的照明均匀性。最后，优化了系统光路设计，利用Z型结构布局，减小了空间尺寸，使得系统结构尺寸小，更紧凑。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种混合光源照明系统，其特征在于，包括：

激光模组，所述激光模组包括激光光源和激光反射镜，所述激光光源输出激光光束，所述激光反射镜与所述激光光束倾斜设置；

第一LED模组，所述第一LED模组包括LED光源和波长合束镜，所述LED光源输出LED光束，所述波长合束镜与所述LED光束倾斜设置；所述LED光源平行于所述激光光源设置；且所述波长合束镜平行于所述激光反射镜设置；

中继模组，所述中继模组包括中继反射镜，所述中继反射镜平行于所述波长合束镜设置；所述中继反射镜的光路反射至产品。

2.根据权利要求1所述的混合光源照明系统，其特征在于：所述激光模组还包括激光准直透镜，所述激光准直透镜垂直于所述激光光源设置。

3.根据权利要求1所述的混合光源照明系统，其特征在于：所述LED光源包括LED基板和LED芯片，至少两个所述LED芯片设置在所述LED基板的一侧，所述基板的另一侧设置有液冷板，所述液冷板上开设有进水口和出水口。

4.根据权利要求3所述的混合光源照明系统，其特征在于：所述第一LED模组还包括LED透镜和LED光阑，所述LED透镜和LED光阑依次设置在所述LED芯片远离LED基板的一侧；所述LED透镜的数量与所述LED芯片的数量相等。

5.根据权利要求1所述的混合光源照明系统，其特征在于：所述激光反射镜与所述波长合束镜之间设置有扩散片，所述扩散片垂直于所述激光反射镜的反射光路。

6.根据权利要求5所述的混合光源照明系统，其特征在于：所述波长合束镜与所述中继反射镜之间设置有匀光棒，所述匀光棒的轴线垂直于所述扩散片设置。

7.根据权利要求6所述的混合光源照明系统，其特征在于：所述匀光棒与所述波长合束镜之间设置有会聚透镜，所述匀光棒与所述中继反射镜之间设置有第一中继透镜，且所述会聚透镜与所述第一中继透镜均垂直于所述匀光棒轴线设置。

8.根据权利要求1所述的混合光源照明系统，其特征在于：所述中继模组还包括中继光阑和第二中继透镜，且所述中继光阑和第二中继透镜依次沿所述中继反射镜的光路设置。

9.根据权利要求1所述的混合光源照明系统，其特征在于：所述激光反射镜与所述激光光束入射光线之间的倾斜夹角大于等于15°且小于等于45°；且所述激光反射镜、波长合束镜和中继反射镜之间相互平行。

10.根据权利要求1所述的混合光源照明系统，其特征在于：还包括外壳，所述外壳罩设在所述激光模组、第一LED模组和中继模组的外侧。

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