含混合封装的四通道合色装置的制作方法

本发明涉及一种含发射不同波长的半导体芯片混合封装的四通道合色装置，属于半导体照明的技术领域。

背景技术：

近年来，各种半导体照明技术如led，半导体激光器，vcsel等蓬勃发展，为各种应用开辟了新的技术途径。同时，各行业新的应用也对半导体照明技术提出了新的要求。

半导体照明技术在微创内窥镜领域近年来得到了广泛应用。随着icg荧光技术，自体荧光技术，nbi技术在内窥镜领域的应用展开,对照明光源也提出了新的需求和挑战。如要求内窥镜照明光源同时满足nbi成像，可见光彩色成像，icg荧光成像的需求，要求照明光源光谱范围涵盖从近紫外到近红外（365nm到810nm），则需要采用5种以上的半导体光源利用光学合色的方法才能实现。5个通道以上的照明合色系统，光学合色结构复杂，体积大，成本高。为此，在光学扩展量不受限的照明系统中，可以采用将相邻波长的半导体发光芯片混合封装在同一通道内，以减少合色通道数量，或者采用同样的通道数量，可实现更多波段的合色输出。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种从近紫外到近红外光谱范围的半导体照明光源，同时满足nbi成像，可见光彩色成像，荧光成像等的照明需求，方法是：采用准直，中继后再聚焦的方式形成四通道合色，且至少一个通道含两种发射波长芯片混合封装的半导体光源，此装置可实现最多8种涵盖近紫外到近红外波长范围的照明光的合色输出。

现结合附图详细说明本发明的技术方案。

一种含不同波长发光芯片混合封装的四通道合色装置，含四个光源组，分别是第一光源组（1），第二光源组（2），第三光源组（3），第四光源组（4），每个光源组都含发光源和准直镜组，每个光源组的发光源的发光面的中心位于准直镜组的光轴上，且发光面位于准直镜组的前焦面上，即第一光源组（1）含发射波段范围为b1的发光源一（11）和准直镜组一（12），发光源一（11）的发光面的中心位于准直镜组一（12）的光轴上，且发光源一（11）的发光面位于准直镜组一（12）的前焦面上，第二光源组（2）含发射波段范围为b2的发光源二（21）和准直镜组二（22），发光源二（21）的发光面的中心位于准直镜组二（22）的光轴上，且发光源二（21）的发光面位于准直镜组二（22）的前焦面上，第三光源组（3）含发射波段范围为b3的发光源三（31）和准直镜组三（32），发光源三（31）的发光面的中心位于准直镜组三（32）光轴上，且发光源三（31）的发光面位于准直镜组三（32）的前焦面上，第四光源组（4）含发射波段范围为b4的发光源四（41）和准直镜组四（42），发光源四（41）的发光面的中心位于准直镜组四（42）的光轴上，且发光源四（41）的发光面位于准直镜组四（42）的前焦面上，第一光源组（1）的光轴与第二光源组（2）的光轴垂直，第二光源组（2），第三光源组（3）和第四光源组（4）的光轴两两互相平行，所有准直镜组的光轴位于同一平面内，其特征在于，该装置还含三个中继组，三个合色镜和一个聚焦镜组，三个合色镜分别是第一合色镜（91），第二合色镜（92），第三合色镜（93），第一合色镜（91）是反射波段b2透射波段b1的滤色片，第一合色镜（91）的中心位于第一光源组（1）和第二光源组（2）的光轴的交汇点，第二合色镜（92）是反射波段b3透射波段b1和b2的滤色片，第三合色镜（93）是反射波段b3透射波段b1,b2和b3的滤色片，三个中继组分别是第一中继组（5），第二中继组（6）和第三中继组（7），第一中继组（5）含中继透镜一（51）和中继透镜二（52），中继透镜一（51）和中继透镜二（52）共光轴，中继透镜一（51）位于第一合色镜（91）之后，与第一光源组（1）共光轴，中继透镜一（51），第二合色镜（92），中继透镜二（52），第三合色镜（93），聚焦透镜组（8）依次共轴排列，第二中继组（6）含中继透镜三（61）和中继透镜二（52），即第一中继组（5）和第二中继组（6）共用中继透镜二（52），中继透镜三（61）位于准直镜组三（32）之后并与准直镜组三（32）共光轴，中继透镜三（61）的光轴与中继透镜一（51）的光轴垂直并相交于第二合色镜（92）的中心，第三中继组（7）含中继透镜四(71)和中继透镜五(72)，中继透镜四(71)和中继透镜五(72)共轴，也与准直镜组四（42）共轴且位于准直镜组四（42）之后，中继透镜五(72)的光轴与中继透镜二（52）的光轴垂直且相交于第三合色镜（93）的中心，发光源一（11），发光源二（21），发光源三（31）和发光源四（41）都是半导体发光源，发光芯片是led，ld或vcsel，发光源一（11），发光源二（21），发光源三（31）和发光源四（41）中至少有一个发光源是由发射两种不同波段的半导体发光芯片混合封装而成。

本发明的技术方案的进一步技术特征在于，发光源一（11），发光源二（21），发光源三（31）和发光源四（41）中只发射单一波段的发光源采用多个相同的芯片串联或并联封装。

本发明的技术方案的进一步技术特征在于，发光源一（11），发光源二（21），发光源三（31）和发光源四（41）中发射两个波段的发光源，每个波段采用相同数量的发光芯片，且对称排布，当相同波段发光芯片数量大于1时，相同的发光芯片串联或并联。

本发明的技术方案的进一步技术特征在于，混合封装的发光芯片的发射中心波长在所有合色波段中处于相邻位置。

本发明的技术方案的进一步技术特征在于，所述的波段范围b1,b2,b3,b4的中心波长从大到小，即λb1>λb2>λb3>λb4。

本发明的优点在于：

1、通过多波段芯片混合封装，采用4个通道即可最多实现8个波段的光谱输出，有效丰富了半导体照明光源的光谱范围；

2、采用了准直，中继后再聚焦的方式，在聚焦镜组的后焦面上可以得到均匀的照明分布，提高了照明的均匀性。

附图说明

图1：本发明的四通道合色装置的结构示意图。

图2：实施例一的发光源一、发光源二和发光源三的封装结构示意图。

图3：实施例二的四个发光源的芯片排布示意图。

具体实施方式

实施例一：本实施例具有与发明内容所述结构完全相同的结构，为避免重复，仅罗列关键数据。发光源一11是发射中心波长为635nm的红光led，采用4个1mm×1mm的发光芯片并联，发光源二21是发射中心波长为525nm的绿光led，采用4个1mm×1mm的发光芯片并联，发光源三31是发射中心波长分别为415nm和465nm的蓝光led，各采用两个1mm×1mm的发光芯片，相同发射波长的芯片并联，发光源四41是发射波长为808nm的半导体激光器,发光源一11，发光源二21,和发光源三31的芯片封装结构示意图如图2所示，该实施例能实现中心波长分别为415nm，465nm，525nm，635nm，808nm共5个波段光的合色输出。

工作原理为：从发光源一11发射的中心波长为635nm的红光，经准直镜组一12准直后入射到第一合色镜91上，并透过第一合色镜91，入射到中继透镜51上，透过中继透镜51后入射到第二合色镜92上并透过第二合色镜92，然后透过中继透镜52和第三合色镜，在聚焦镜组8前形成光源发光面的像，通过聚焦镜组8后，在聚焦镜组8的后焦面上形成均匀分布的照明会聚光；从发光源二21发射的中心波长为525nm的绿光经准直镜组21准直后入射到第一合色镜91上，90°反射入射到中继透镜51上，透过中继透镜51后射到第二合色镜92上并透过第二合色镜92，然后透过中继透镜52和第三合色镜，在聚焦镜组8前形成光源发光面的像，通过聚焦镜组8后，在聚焦镜组8的后焦面上形成均匀分布的照明会聚光；从发光源三31发射的中心波长分别为415nm和465nm的蓝光经准直镜组三31准直后，透过中继透镜61入射到第二合色镜92上，90°反射，然后透过中继透镜52和第三合色镜93，在聚焦镜组8的后焦面上形成均匀分布的照明会聚光；从发光源四41发射的808nm的近红外光，通过准直镜组四41后透过中继镜组7，入射到第三合色镜93上，90°反射在聚焦镜组8前形成发光面的放大像，通过聚焦镜组8后，在聚焦镜组8的后焦面上形成均匀分布的照明会聚光。至此，四个通道的五个波段的光都会聚输出，实现了四通道五波段的合色。

实施例二：本实施例具有与发明内容所述结构完全相同的结构，为避免重复，仅罗列关键数据。发光源一11是发射中心波长分别为780nm和808nm的vcsel，各采用4个1mm×1mm的发光芯片串联，发光源二21是发射中心波长分别为635nm和560nm的led，各采用4个1mm×1mm的发光芯片串联，发光源三31是发射中心波长分别为475nm和530nm的led，各采用为4个1mm×1mm的发光芯片串联，发光源四41是发射中心波长分别为365nm和415nm的led，各采用4个1mm×1mm的发光芯片串联，四个发光源的芯片排布示意如图3所示，该实施例能实现中心波长分别为365nm,415nm，475nm，530nm，560nm,635nm，780nm,808nm共8个波段光的合色输出。

本实施例的工作原理与实施例一类似，不再赘述。

本发明的技术方案，特别适宜应用于光学扩展量不受限的系统中，实现多波段的合色照明。