JP2019110291A - 光源モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の光源をグルーピングして単一のモジュールにして、半導体投影、レーザスポットライトおよび産業上の製造用レーザなどの高放射力システムを形成するために複数の光源の使用を必要とする分野に応用することに関する。
半導体レーザ装置や光出射装置などの半導体照明装置は、用途の数を増加させながら、従来の白熱光源を置き換え続けている。半導体照明装置を使用することには、長寿命、色純度およびエネルギー効率を含めて、多くの利点を挙げることができるが、いくつかの用途では、単一の半導体光源装置の光出力は、現在の技術を直接置き換えるには不十分である可能性がある。単一の半導体光源装置よりも高い放射力を有する必要があるような用途では、必要とされる放射力を提供するために、複数の装置を結合することができる。このような用途の例は、投影およびレーザ機械加工を含む。
本発明は、拡張可能でもある複数の光源を緊密に充填するためのモジュールを開示する。複数のビームの結合された断面をできるだけ小さく保つことによって、集合的な出力ビームを操作するのに必要な光学素子の大きさを減少させることができる。これによって、より良好な光学的効率も可能にすることができる。例えば、光が散乱媒体と相互作用すると、その媒体上のより小さいビームが、有効光源の面積を減少させ、このことは、特定のレンズに対し、その光の、より多くが集められうることを意味する。光源モジュールの、より小さい設置面積は、モジュールが配置されるシステムの全体の大きさを減少させるのを支援することができる。種々の用途、および、種々の放射力システムを要する装置のモデルに対応するために、拡張可能な光源モジュールを用いることができる。従来技術のいずれも、モジュール式の拡張可能な解決策において緊密な充填構成にて複数の光源を結合する手段を提供しない。
(101) 光源
(102) 前側の装着された光源
(103) 後側の装着された光源
(104) ブロック
(105) 光源モジュール
(106) 装着パッド
(107) 電気端子のための穴
(108) 突出部分
(109) 光源のための凹部
(110) 電気接続手段のための溝
(111) 前側の装着パッド
(112) 後側の装着パッド
(113) 光経路
(114) 噛み合わせ凹部
(115) 噛み合わせ光経路
(116) 電気接続手段のための噛み合わせ溝
(117) 前側平面
(118) 後側平面
(119) 光源ベース部
(120) 電気端子
(201) 底部蓋ブロック
(202) 最上部蓋ブロック
(203) 電気接続手段
(204) 囲われた凹部
(205) 電気接続手段のための経路
(206) 貫通穴(窓)
(301) 電気端子のための経路
(601) 前側のブロック部分
(602) 後側のブロック部分
(603) サンドイッチ素子
(604) サンドイッチ素子の貫通穴
(605) 熱輸送手段
(701) 放熱手段
(801) 半導体レーザ
(802) 基板
(803) レンズ
(804) 外郭
(805) 半導体チップ
(806) 接続配線
(901) 保持機構
(902) レンズ配列
(1001) 装着のためのフランジ
(1002) ネジのためのフランジの貫通穴
(1003) ネジのためのネジ込み穴
(1004) フィン
(1005) 最上部表面
(1006) ネジのためのブロックの貫通穴
(1101) フォーカシングレンズ
(1102) 第1コリメータレンズ
(1103) ビームスプリッタ
(1104) 一体化素子
(1105) 画像化素子
(1106) ホイール
(1107) 分割環
(1108) フォーカシングレンズ対
(1109) コリメータレンズ(青)
(1110) 積算器フォーカシングレンズ
(1111) 後側集光レンズ(積算器の後)
(1112) 折り畳みミラー
(1113) 投影システム
(1201) 反射ディスク
(1202) 第1光変換素子
(1203) 第2光変換素子
(1204) 拡散器
〔発明を実施するための形態〕
ここでは、複数の光源(101)を保持するための光源モジュール(105)を記載する。図1a、図1b、図1cを参照して、本発明の一態様において、モジュール(105)は、複数の光源(101)を収容するように設計された1つ以上のブロック(104)を含んでいる。各ブロック(104)は、光源(101)の接続のための複数の装着パッド(106)を含んでいる。各ブロックは、装着パッド(106)に接続される少なくとも2つの光源(101)を含んでいる。随意的に、ブロック(104)は、熱伝導性材料、例えば、銅または銅合金、または、アルミニウムまたはアルミニウム合金から出来ている。ブロック(104)はまた、2つ以上の融合材料、例えば、合金Aで出来た一部分および合金Bで出来た別の部分から出来ていてもよい。
図7a、図7bおよび図7cおよび図8a、図8bおよび図8cを参照して、一実施例において、各光源(101)は、レーザ光出力を生成することができる半導体レーザ半導体素子(801)である。半導体レーザは、440−460nmの範囲にピーク波長を有する青い光を出射する半導体レーザに基づく窒化ガリウムである。半導体レーザ(801)は、直径9mmの円形のベース部を有する9mmのTO−CANタイプであり、それぞれは、装着パッド(106)に配置されている。ビームを平行にするために、TO−CANに、あらかじめ整列して固定されたレンズを配置してもよい。あるいは、モジュール(105)の中に収容された1つまたは複数のレーザ素子からビームを平行にするために、このCANの外部にレーザ構成を設けてもよい。半導体レーザ(801)は、半田付けを用いて装着パッド(106)に固定される。各半導体レーザ(801)は、装着パッド(106)の円形面の間の2つの穴(107)を通る2つの接触端子(120)を有する。装着パッド(106)の後ろに、端子(120)の各対の接続のためのプリント基板(PCB)である電気接続手段(203)が配置されている。半導体レーザ(801)の各端子(120)に対して、PCBには貫通穴半田付け接続が設けられ、そこへ、端子(120)が半田付けされる。各装着パッド(106)は、長さ6mmで直径が9mmの円筒型である。各装着パッド(106)は、円筒型の部分がブロック(104)において一体的であり、円筒型の部分の他の半分が、ブロック(104)の前側平面(117)の上に突出するように、配置されている。ブロックは、アルミキャスト合金で出来ている。ブロック(104)の表面には、装着パッド(106)と共通の半径および共通の軸を有する、半円形の断面の凹部(109)があり、それによって、各半導体レーザ(801)が、凹部(109)において、装着パッド(106)に配置されることができる。3つの半導体レーザを収容するために、中心同士の間隔を14mm離した、4つの装着パッド(106)のある前側の列がある。中心同士の間隔をやはり14mm離し、また、装着パッド(106)の円形面に垂直な方向に、装着表面から装着表面へと測って、装着パッド(111)の前側の列の18mm後ろに配置された、4つの装着パッド(106)のある第2の列がある。1つ目の、後側の列の装着パッド(106)すなわち装着パッド(112)は、出射面に沿って見たとき、その中心が、1つ目の、装着パッドの前側の列の装着パッド(111)の中心から7mm離れており、また、前側の列の軸に沿っており、それによって、後側の装着パッド(112)に装着された半導体レーザ(103)の列が、前側の列の半導体レーザ(801)の両側の間隔を通って伝搬する各半導体レーザからビームを出射するように配置されている。後側の列からの出射ビームが通過できるようにするために、前側の列の半導体レーザの間に、レーザビームと同じ幅、直径3mmの光経路(206)が配置されている。各ブロック(104)は、厚みが7mmであり、したがって、それらが結合されると、各ビームの間の7mmの間隔が維持され、正方形の充填構成が形成される。各ブロック(104)の中には、熱輸送手段(605)が配置され、これらの熱輸送手段は、3つの熱輸送手段(605)である。熱輸送手段(605)は、それらが、ブロック(104)の前側平面端と同一平面上にあるように、ブロック(104)に形成された溝に配置されている。溝は、装着パッドに垂直な軸に平行に通っており、それによって、熱輸送手段は、前側の光源(102)の後ろであって後側の列の光源(103)同士の間を通っている。熱輸送手段(605)は、反対端にて、熱散逸を支援するためのフィンの配列に接続されている。第1のブロックと類似だが相補的な構成の第2のブロック(104)が配置されており、前側の列の光源(102)は、列の方向に沿って、後側の列の半導体レーザ(103)から7mmずれており、それによって、それらは、前側平面に垂直な軸に沿って、先行のブロック(104)の半導体レーザ(103)と一直線になっている。同様に、装着パッド(106)の後側の列は、相互的な構成を有し、それによって、後側の列の装着パッド(106)は、前側平面に垂直な軸に沿って、先行のブロックの装着パッドの前側の列と一直線になっている。同様に、このブロック(104)は、半導体レーザ(102)の前側の列の後ろに配置された3つの熱輸送手段(605)を有する。第1のブロックと同じ構成のブロック(104)が、第2のブロック(104)の前側平面(117)と隣接して配置されている。このブロック(104)は、半導体レーザを含まないが、第2のブロック(104)に配置された半導体レーザ(801)を囲む役目を果たす。
図4aおよび図4bを参照して、本発明の第2の実施例を開示する。第2の実施例は第1の実施例と類似しており、共通の特徴は繰り返さない。第2の実施例では、各ブロックは、3列の装着パッド(106)を含んでいる。各列の装着パッド(106)の中心間の間隔は21mmであり、実施例1と同様に、連続する平面における各装着パッド(106)の中心間のずれは7mmである。各ブロック(104)の高さは6.06mmであり、装着パッドの各列の方向に沿って、連続する各ブロックの前側の列における第1の装着パッド(106)間のずれは10.5mmであり、それによって、複合モジュールの六角形の構成が形成される。これは、出射方向における半導体レーザビームの、より緊密な充填物を生成し、それと同時に、半導体レーザ間の分離を増加させて熱散逸を改善する。
ここでは、本発明の第3の実施例について述べ、図5に示す。第3の実施例は第2の実施例と類似しており、共通の特徴は繰り返さない。この実施例では、ブロック(104)は、4列の装着パッド(106)を含んでいる。同一平面の中の光源(101)間の距離が最大化されるように、装着パッド(106)は、各ブロック(104)の中で不規則なやり方で構成されている。例えば図5では、隣接する列は、列に沿って次の位置に配置される装着パッド(106)を必ずしも有さないことがわかる。しかしながら、モジュール(105)は緊密に充填されており、装着パッド(106)は、各ブロック(106)を満たすための利用可能な各列位置にある。
ここでは、本発明の第4の実施例について述べる。第4の実施例は第1の実施例と類似しており、共通の特徴は繰り返さない。記載されている光源モジュール(105)は、図10aおよび図10bにて見ることができる。この第2実施例では、第1のブロック(104)は、底部の「蓋」ブロック(201)である。前側の列および後側の列の装着パッド(106)は、第1の実施例と同じ構成で配置されている。モジュールの後側平面(118)は、実質的に平面的であり、面からの突起や、面に配置された凹部はない。ブロックの後側平面(118)と同一平面上に4個のフランジ(1001)があり、ブロック(104)の各隅に1個ずつある。各フランジ(1001)には、直径3mmのネジ穴(1002)がある。これによって、ネジによってモジュール(105)を平面的なヒートシンクインターフェースに固定することができる。放熱手段(701)は、底部蓋ブロック(201)と一直線にするための、4個のネジ込み穴(1003)のある平面を有する。放熱手段(701)は、後側表面に形成されたフィン(1004)を有する押し出しアルミニウム構成である。フィン(1004)は、高さ50mm、幅2mmであり、フィン(1004)間の間隔は2mmである。フィン(1004)一面に空気を案内してこの構成から熱を対流させるために、ファンを構成してもよい。次の各ブロック(104)もまた、前側平面(117)に4対の穴を有し、1つの対が面の端に沿って各隅に整列している。各対の第1の保持穴(1006)は、直径が、ブロックのベースから、浅い深さ(例えば3mm)までは、より広い直径(例えば6mm)であり、また、後側表面まではずっと、より小さい直径(例えば3mm)であり、それによって、穴(1006)にネジを配置することができ、また、ネジの頭部を保持して、ネジのネジ込み部をブロック(104)の後側表面から突出させるようにすることができる。各対の第2の穴は、次のブロック(104)の後側の平面(118)から突出するネジ本体を受けるためのネジ込み穴(1003)である。1つのブロックが先行のブロックにネジ止めされて先行のブロックに各ブロックを固定し、モジュール(105)を一緒に形成することができるように、ネジ込み穴(1003)と保持貫通穴(1006)との構成は、各ブロックに対して互い違いになっている。モジュールの第2のブロックは、第1の実施例の第2のブロックと同じ構造であり、それによって、後側平面(118)の凹部(109)と、前側平面(117)に配置された装着パッド(106)との両方がある。第3のブロックは、最上部蓋ブロック(202)であり、底部蓋ブロック(201)と類似しているが、第2のブロック(104)の前側面(117)とモザイク状に互いにぴったり合うように設計されている。最上部蓋ブロック(202)は、装着パッド(106)と半導体レーザ(801)とを囲むための半円形の噛み合わせ凹部(114)と、先行のブロック(104)の半導体レーザ(801)の後側の列から光を通すための半円形の光経路(113)とを含んでいるが、これは、平坦な前側平面(117)を有しており、それによって、この最上部の表面(1005)に、別の平面的なヒートシンクインターフェースが隣接されていてもよい。最上部の蓋ブロック(202)は、最上部の放熱手段(701)に接続されていてもよい。この最上部の放熱手段(701)は、底部の放熱手段(701)と類似のフィン(1004)構造であってもよく、また、最上部の放熱手段(701)と最上部の蓋ブロック(202)との間にネジを挿入するための保持穴(1006)を有する。
図11に示すような第5の実施例では、ビデオプロジェクターのための複合白色光出力を形成するための構成において、実施例2で述べた光源モジュール(105)が用いられる。このシステムの光学素子のそれぞれは、好ましくは、光学素子を通る特定の光のピーク波長かそれに近い波長での最大の光を伝送するように設計された、反射防止用のコーティングを有する。
本発明は、本発明により可能となる拡張性により、複数の応用に適用することができる。これは、限定されないが、産業上のレーザ裁断機およびレーザ投影光源を含む。
Claims (20)
- 少なくとも1つのブロックに装着された複数の光源を含み、
少なくとも1つの上記ブロックは、複数の上記光源をそれぞれ装着するための複数の装着パッドを含み、上記装着パッドは、上記光源からの光出射の方向に垂直な方向の複数の平面を占め、
少なくとも1つの上記ブロックはさらに、少なくとも1つの上記ブロックを隣接ブロックと結合させるための噛み合わせ表面を含み、上記噛み合わせ表面は、上記光源からの上記光出射の方向に平行であることを特徴とする光源モジュール。 - 複数の上記装着パッドのそれぞれは、上記光出射が上記ブロックから外へ自由に出るように、上記光出射の方向に配置された穴または溝を規定することを特徴とする請求項1に記載の光源モジュール。
- 上記装着パッドの一部分が、上記ブロックの上記噛み合わせ表面を超えて突出し、上記噛み合わせ表面に対して上記ブロックの反対側では、上記ブロックが、隣接ブロックの対応する突起を収容する凹部を含み、それによって、上記隣接ブロックが、少なくとも1つの上記ブロックの上記噛み合わせ表面に対して横に配置されると、複数の上記平面における上記装着パッドが、上記装着パッドに垂直な軸に沿った視点方向において重なることを特徴とする請求項1または2に記載の光源モジュール。
- 少なくとも1つの上記ブロックにおける上記装着パッドが、1つの少なくとも部分的に囲まれた側面と、1つの開口部とを有し、それによって、装着された上記光源が上記ブロックから外に露出することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の光源モジュール。
- 上記光源モジュールはさらに、上記光源モジュールから熱を散逸させるための熱輸送部材を含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の光源モジュール。
- 少なくとも1つの上記ブロックは、第1の光源グループを含む第1部分と、第2の光源グループを含む第2部分とを含み、上記熱輸送部材は、上記第1部分と上記第2部分との間に配置されていることを特徴とする請求項5に記載の光源モジュール。
- 上記ブロックの上記第1部分と上記第2部分とは、穴または溝を規定し、それによって、上記熱輸送部材は、上記第1部分と上記第2部分との間で上記ブロックの中に埋め込まれていることを特徴とする請求項6に記載の光源モジュール。
- 上記熱輸送部材は、上記光源モジュールの背面に、上記光源の充填物から離れて配置されていることを特徴とする請求項5に記載の光源モジュール。
- 複数の上記光源のそれぞれは、ベース部を有し、隣接する光源のベース部が、お互いからの光出射を妨害せずにお互いと重なることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の光源モジュール。
- 上記光源が半導体レーザ素子であることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の光源モジュール。
- 上記装着パッドおよび/または光源が、規則的なモザイク状のパターンで分布していることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の光源モジュール。
- 上記装着パッドおよび/または光源が、不規則な構造で分布していることを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の光源モジュール。
- 各光源が、半導体チップの前に配置された一体化されたレンズ素子を有することを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1項に記載の光源モジュール。
- 複数の上記光源のそれぞれが、同じ波長の光を出射することを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項に記載の光源モジュール。
- 複数の上記光源のうちの2つ以上が、異なる波長の光を出射することを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項に記載の光源モジュール。
- 少なくとも1つの上記ブロックが、第1ブロックと第2ブロックとを含み、上記第1ブロックと上記第2ブロックとが、積層構造に配置され、それによって、上記第1ブロックと上記第2ブロックとの上記噛み合わせ表面が、お互いに向き合い、接触していることを特徴とする請求項1ないし15のいずれか1項に記載の光源モジュール。
- 少なくとも1つの上記ブロックが、第1ブロックと第2ブロックとを含み、上記第1ブロックと上記第2ブロックとが、積層構造に配置され、それによって、上記第1ブロックと上記第2ブロックとの上記噛み合わせ表面が、感熱紙、感熱糊、半田付けまたは接着のうちの1つによって熱的接触していることを特徴とする請求項1ないし16のいずれか1項に記載の光源モジュール。
- 少なくとも1つのブロックに装着された複数の光源を含み、
少なくとも1つの上記ブロックは、複数の上記光源をそれぞれ装着するための複数の装着パッドを含み、上記装着パッドは、上記光源からの光出射の方向に垂直な方向の複数の平面を占め、
少なくとも1つの上記ブロックはさらに、少なくとも1つの上記ブロックを隣接ブロックと結合させるための噛み合わせ表面を含み、上記噛み合わせ表面は、上記光源からの上記光出射の方向に平行であり、
上記ブロックはさらに、複数の上記光源の前にそれぞれ配置された複数の保持機構を含み、光源モジュールはさらに、上記保持機構の中にそれぞれ受けられる複数のレンズ素子を含むことを特徴とする光源モジュール。 - 上記保持機構は、上記噛み合わせ表面に形成された凹部を含むことを特徴とする請求項18に記載の光源モジュール。
- レンズは、各レンズがそれぞれの保持機構の中でそれぞれの光源の前に配置されているようなレンズ配列で、お互いに接続されていることを特徴とする請求項18または19に記載の光源モジュール。
Applications Claiming Priority (2)
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