高速垂直腔表面發射激光器的表面封裝的制作方法

專利名稱：高速垂直腔表面發射激光器的表面封裝的制作方法
技術領域：
本發明涉及可用于如3D成像和姿勢識別照明器系統之類的各種應用的高速垂直腔表面發射激光器(VCSEL)和垂直腔表面發射激光器陣列照明器系統的領域。
背景技術：
取決于不同的操作模式，激光照明光源具有不同的應用，例如:連續波(CW)，準連續波(QCW)或脈沖模式。僅舉幾例，激光照明被廣泛應用的領域有監控成像、高速運動的物體圖像記錄、姿勢識別、三維(3D)成像的飛行照明時間等。目前，工作在可見光及紅外光(IR)電磁波譜的激光設備都很成熟。然而，目前的設備成本相當高，特別是在消費電子、光學或便攜式設備等新興應用領域。有幾個重要的發展，使激光照明光源擁有更有吸引力并且使新興應用負擔得起，其包括:大區域無干涉散斑照明，短和/或快速脈沖照明器系統，高速和/或低阻抗外圍設備和連接器，如，驅動電路，高速連接器，光束成形用光學部件，以及小的體積。光學短脈沖的具體應用包括但不僅限于，用于諸如利用諸如結構光之類的技術跟蹤移動物體以及進行三維測量的許多其他傳感應用的短照明脈沖序列。另一個例子是照明脈沖的編碼，用于提供在編碼序列照明和其它附近源的照明效果之間進行鑒別的方法。光學短脈沖也用于源和物體之間的飛行時間測量，以確定物體的深度或者距離。對于這些類型的應用，一個基本的要求是輻射源在特定的波長(可見光，紅外線，遠紅外線等)，該特定的波長可以被迅速接通和關斷以產生輻射的短脈沖或短脈沖序列。對于大場景照明，例如在監視應用中，需要高能量的輻射脈沖均勻地分布在大的照明區域。光學泵浦的Q-開關或鎖模固態激光器可以產生具有高脈沖能量的光學短脈沖。然而，Q-開關或鎖模激光器具有大的體積，需要用于操作的高電能并且需要復雜的制冷外圍設備。可替換地，半導體二極管激光器光源，例如，邊緣發射激光器(EEL)和垂直空腔表面發射激光器(VCSEL)可以被制造以工作在不同的波長下，并且可以生成高能量的短輸出脈沖，同時擁有體積小的優點。與Q-開關或鎖模固態激光器相比，二極管激光器可以操作在相對較小的驅動電流下。邊緣發射激光器目前用于多種應用，包括用于光通信的短脈沖產生。跟邊緣發射激光器相比，垂直空腔表面發射激光器有幾個明顯的優勢，使它更適合于光學照明器應用。垂直表面發射激光器的一個優點是，發射的光的發散角非常小。因此，即使從源頭到很遠的距離，垂直表面發射激光器的發射光也具有極強的方向性。垂直表面發射激光器發射的可見光和紅外光的波長可以在很窄的波長帶獲得，因而允許有效的光學背景噪聲的濾波。垂直腔表面發射激光器也可以產生短脈沖，從而使這些源適合激光雷達類型應用，以及時域距離區分應用，如透霧觀看以及動作和姿勢檢測等。在一般情況下，垂直腔表面發射激光器有更快的上升和下降時間，因此，能夠產生非常短的脈沖。垂直腔表面發射激光器的短脈沖的一個優點是波長啁啾小，這有助于波長濾波和高速檢測。垂直腔表面發射激光器也有對稱的輸出輻射圖案，這使得它更加適應用簡單的光學方法產生或修改用于形成理想的照明圖案的輸出光。例如，不同的波束形狀，包括但不限于，高斯光束、平坦光束或環形狀圖案，均可以通過適當設計垂直腔表面發射激光器的窗孔(aperture)，或者通過使用外部光束成形設備，如透鏡，擴散片，等等，這些均可用于單個垂直腔表面發射激光器或布置在垂直腔表面發射激光器陣列使用的陣列中。垂直腔表面發射激光器的另一個優點是，它們中的許多可以被布置成緊密排列的一維或二維陣列。垂直腔表面發射激光器陣列，尤其是單模的垂直腔表面發射激光器陣列，通常是非常高速的設備，而且其可以操作的脈沖持續時間為納秒或更短的量級、上升時間短于納秒。一起運行時，垂直腔表面發射激光器陣列可以產生高能量脈沖。非常緊湊的高功率垂直腔表面發射激光器陣列有利于最大限度地減小電導體的長度和降低電感。因此，它更適合應用快速上升時間的高驅動電流脈沖，從而有利于從垂直腔表面發射激光器陣列產生高能量的光學短脈沖。它們可以在高達約100攝氏度的封閉的環境中操作。可以使用簡單的光學方法，如提供合適的窗孔，從整個陣列成形單個光束或集體發射以產生所期望的照明圖案。有眾多個量發射器的垂直腔表面發射激光器陣列不表現出散斑效應，該效應普遍存在于邊緣發射激光器或其他類型的激光器的輸出中。消除散斑極大地增加了被照射的圖像的分辨率。對于垂直腔表面發射激光器的高速運行，很重要的是可以應用快速的驅動電流。為了施加高速驅動電流，在封裝垂直腔表面發射激光器和其陣列時，寄生元件被減至最小是至關重要的。此外，對于垂直腔表面發射激光器的高功率運行，封裝的高導熱性也是重要的。可以這樣理解，例如對于高速且以幾瓦量級的高功率運行的垂直腔表面發射激光器陣列，設備的封裝必須同時滿足這兩個性能要求。針對高的輸出功率的單個操作或集體操作來安裝垂直腔表面發射激光器的不同布置，許多專利和非專利出版物中均有描述。目前用于封裝垂直腔表面發射激光器的技術是相當復雜的。在大多個情況下，封裝中通常具有設計成安裝在電路板上的通孔的電引線，這在許多現有技術專利和非專利文獻出版物都有描述。

發明內容
在本教導的一個方面中，光學照明器模塊包括垂直腔表面發射激光器(VCSEL)，其具有大區域的端子和第二端子。光學照明器模塊包括的基底并包括第一和第二接合盤，它們彼此電隔離并被定位在第一表面上。垂直腔表面發射激光器的大區域端子被接合到第一接合盤，使得垂直腔表面發射激光器與基底熱接觸。第二端子被電連接到第二接合盤。第一和第二接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的相應的第一和第二接合盤，基底的第二表面與基底的第一表面相對。在各種實施方式中，光學照明器模塊可以被配置為執行運動識別、姿勢識別、和三維感測中的至少一個。在一個實施例中，基底的第一表面上的第一和第二接合盤被包裹在基底的一個或多個邊沿周圍，以使得基底的第一表面上的第一和第二接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的相應的第一和第二接合盤。在另一個實施例中，基底的第一表面上的第一和第二接合盤被包裹在基底的一個或多個側面周圍，以使得基底的第一表面上的第一和第二接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的相應的第一和第二接合盤。在另一個實施例中，位于基底的第一表面上的第一和第二接合盤通過第一和第二通孔被電連接到位于基底的第二表面上的相應的第一和第二接合盤。在本實施例中，位于基底的第一表面上的第一和第二接合盤通過多個第一通孔和多個第二通孔被電連接到位于基底的第二表面上的相應的第一和第二接合盤。在這些不同的實施例中，基底可被接合到熱沉上，以使得垂直腔表面發射激光器與熱沉熱接觸。在本教導的另一個方面中，光學照明器模塊包括多個垂直腔表面發射激光器，其被布置為形成二維陣列的垂直腔表面發射激光器，其在第一表面上具有發光表面并且在與第一表面相對的第二表面上具有接合表面。多個垂直腔表面發射激光器中的每個激光器的一個端子被電連接到垂直腔表面發射激光器陣列的第一端子，而且多個垂直腔表面發射激光器中的每個激光器的第二端子被電連接到垂直腔表面發射激光器陣列的第二端子。光學照明器模塊還包括基底，其具有多個彼此電隔離并位于第一表面上的接合盤。這些多個接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的對應的多個接合盤，使得陣列的接合表面與基底熱接觸。在各種實施例中，光學照明器模塊可以被配置為執行運動識別、姿勢識別、和三維感測中的至少一個。在一個實施例中，位于第一表面上的多個接合盤被包裹在基底的一個或多個邊沿周圍，以使得位于第一表面上的多個接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的相應的多個接合盤。在另一個實施例中，位于第一表面上的多個接合盤被包裹在基底的一個或多個側面周圍，以使得位于第一表面上的多個接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的相應的多個接合盤。在本實施例中，位于基底的第一表面上的多個接合盤通過多個通孔被電連接到位于基底的第二表面上的相應的多個接合盤。在這些不同的實施例中，基底可被接合到熱沉，以使得垂直腔表面發射激光器與熱沉熱接觸。在本教導的另一個方面中，光學照明器系統包括印刷電路板，其包括多個位于所述印刷電路板的表面上的多個傳輸線。光學照明器系統還包括多個垂直腔表面發射激光器，其被布置為形成垂直腔表面發射激光器陣列，在第一表面上具有發光表面并且在第二表面上具有接合表面，其中多個激光器的每一個的第一端子被電連接到垂直腔表面發射激光器陣列的第一端子，而且多個激光器的每一個的第二端子被電連接到垂直腔表面發射激光器陣列的第二端子。光學照明器模塊還包括電連接到印刷電路板的接合盤的基底。基底包括多個彼此電隔離并位于第一表面上的接合盤。該陣列的第一和第二端子被電連接到基底上的相應的第一和第二接合盤，以使得陣列與基底熱接觸，而且位于第一表面上的多個接合盤被電連接到位于與基底的第一表面相對的基底的第二表面上的相應的多個接合盤上。此外，該光學照明器系統包括具有至少一個電流驅動電路的電子模塊，該至少一個電流驅動電路接合到印刷電路板，使得垂直腔表面發射激光器陣列電連接到所述至少一個電流驅動電路。在各種實施例中，光學照明器模塊可以被配置為執行運動識別、姿勢識別、和三維感測中的至少一個。在一個實施例中，位于第一表面上的多個接合盤被包裹在基底的一個或多個邊沿周圍，以使得位于第一表面上的多個接合盤被電連接到位于基底到第二表面上的相應的多個接合盤。在另一個實施例中，位于第一表面上的多個接合盤被包裹在基底的一個或多個側面周圍，以使得位于第一表面上的多個接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的相應的多個接合盤。在本實施例中，基底的第一表面上的多個接合盤通過多個通孔被電連接到位于基底的第二表面上的相應的多個接合盤。在這些不同的實施例中，基底可被接合到熱沉，從而垂直腔表面發射激光器與熱沉熱接觸。此外，光學照明器系統可以包括許多其他特征。例如，光學照明器系統可以具有外殼，外殼在第一表面上具有基底，在第一表面處，印刷電路板可以接合到基底并且基底與熱沉熱接觸。光學照明器系統還可以包括位于垂直腔表面發射激光器陣列的第一表面上的透明區域，該透明區域使得從垂直腔表面發射激光器陣列的表面發射的光通過。在本教導的另一個方面中，照明器模塊包括多個垂直腔表面發射激光器，其包括位于垂直腔表面發射激光器陣列的第一表面上的第一電觸點和位于垂直腔表面發射激光器陣列的第二表面上的第二電觸點。垂直腔表面發射激光器陣列被布置為形成一個二維的垂直腔表面發射激光器陣列，其中光在垂直于第一表面的方向通過多個發射窗口發射。在與垂直腔表面發射激光器陣列的第一表面相對的垂直腔表面發射激光器陣列的第二表面上有一凹槽。該凹槽將垂直腔表面發射激光器陣列與位于第二表面上的電接觸區域隔離。電傳輸線連接位于垂直腔表面發射激光器陣列的第一表面上的第一電觸點和位于第二表面上的電接觸區域。印刷電路板包括一個或多個電子電路。垂直腔表面發射激光器陣列是安裝在印刷電路板上的表面。印刷電路板可以包括至少兩個級別上的導電路徑，用于連接一個或多個電子電路與至少一個陣列模塊。在各種實施方式中，所述至少一個電子電路包括電流驅動器、圖像傳感器、照相機、控制器和處理器中的至少一個。照明器模塊還可以包括位于垂直腔表面發射激光器陣列的第一表面上的透明的載體基板，其包括具有多個窗口的電接觸層，該多個窗口與多個發射窗口對準。在各種實例中，照明器模塊可以被配置為執行運動識別、姿勢識別、和三維感測中的至少一個。在本教導的另一個方面中，照明裝置包括多個垂直腔表面發射激光器，其形成單塊的二維垂直腔表面發射激光器陣列，其中光在垂直于陣列的第一表面的方向通過多個發射窗口發射。垂直腔表面發射激光器包括位于垂直腔表面發射激光器陣列的第一表面上的第一電接觸層。透明的載體基板位于該第一電接觸層上。第二電觸點位于與垂直腔表面發射激光器陣列的第一表面相對的垂直腔表面發射激光器陣列的第二表面上。一凹槽位于垂直腔表面發射激光器陣列的第二表面上。該凹槽使垂直腔表面發射激光器陣列與第二表面上的電接觸區域電隔離。電傳輸線連接位于垂直腔表面發射激光器陣列的第一表面上的電接觸區域和位于第二表面上的電接觸區域。印刷電路板包括一個或多個電子電路。印刷電路板包括至少兩個級別上的導電路徑，用于連接一個或多個電子電路與至少一個垂直腔表面發射激光器陣列。垂直腔表面發射激光器陣列是安裝在印刷電路板上的表面。所述至少一個電子電路包括電流驅動器、圖像傳感器、照相機、控制器和處理器中的至少一個。在各種實施例中，照明器模塊執行運動識別、姿勢識別、和三維檢測中的至少一個。


根據優選和示范性的實施例的本教導連同它們的進一步的優點在下面結合附圖的具體實施方式
中被更具體地描述。本領域技術人員應注意，下面描述的附圖中僅用于說明目的。這些附圖不一定按比例繪制，而重點一般是示出本教導的原理。在附圖中，相似的參考標號一般指的是相似的特征和結構元件。附圖并不意欲以任何方式限制申請人的教導的范圍。 圖1a是以(i )頂部照明模式和(i i )底部照明模式配置的垂直腔表面發射激光器裝置的示意圖。圖1b是(i )使用頂部發光的垂直腔表面發射激光器腔及(ii )底部發光的垂直腔表面發射激光器腔的擴展腔垂直腔表面發射激光器的示意圖。圖1c是(i)使用頂部發光的垂直腔表面發射激光器腔，(ii)使用底部發光的垂直腔表面發射激光器腔的外腔垂直腔表面發射激光器裝置的示意圖。圖1d是使用接合到頂部發光的垂直腔表面發射激光器裝置的第三反射鏡的外腔垂直腔表面發射激光器模塊的示意圖。圖1e顯示兩反射鏡垂直腔表面發射激光器或擴展腔垂直腔表面發射激光器(i)和外腔垂直腔表面發射激光器(ii)具有多個垂直腔表面發射激光器的二維陣列配置的示意圖。圖2a顯示在配置用于照明器系統的垂直腔表面發射激光器陣列光學表面安裝模塊時并入的環繞的接合盤；圖2b顯示在四個側面上具有環繞的板的基底上設置的垂直腔表面發射激光器陣列。兩個相對的環繞物連接用于垂直腔表面發射激光器底部板的板，并且另外相對的環繞物連接到用于線接合垂直腔表面發射激光器頂部板的兩側的兩個板。圖3顯示設置在具有用于配置照明器系統的光學表面安裝模塊的多個通孔的基底中的垂直腔表面發射激光器陣列；圖4顯示設置在通孔基底中的垂直腔表面發射激光器陣列，此通孔基底有一個用于接合到垂直腔表面發射激光器陣列底部板的大的板和用于線接合到垂直腔表面發射激光器陣列的多個側面的圍繞垂直腔表面發射激光器陣列的側板。這些板通過通孔連接到基底的下側上的板。圖5顯示圖4的布置的平面圖和側視圖。圖6顯示針對圖3和圖4中的側板的不同布局，其提供到垂直腔表面發射激光器陣列的2，3或4個側面的線接合。圖7顯示共同位于基底上的垂直腔表面發射激光器陣列和電子模塊，以配置用于照明系統的高速光學表面安裝模塊；圖8顯示包括用于配置用于照明器系統的光學表面安裝模塊的光束成形光學部件的垂直腔表面發射激光器陣列；圖9顯示在用于配置用于照明器系統的高速表面安裝模塊的公共PCB平臺上的垂直腔表面發射激光器陣列和高速電子模塊；圖10顯示使用高速傳輸線連接的垂直腔表面發射激光器陣列和高速電子模塊；圖11顯示共同放置在公共基底上的多個垂直腔表面發射激光器陣列，以形成更大的垂直腔表面發射激光器陣列；圖12顯示了封閉的高功率、高速照明器系統，包括公共PCB平臺上的光學和電子模塊和高速傳輸線連接器；圖13顯示在公共基板上構造的垂直腔表面發射激光器陣列芯片的示意圖，其具有表面可安裝的金屬觸點，被配置分別具有位于相對表面上的a)正面和b)背面觸點；和位于同一表面上的c)正面和d)背面觸點；圖14是包括集成微透鏡陣列的垂直腔表面發射激光器陣列芯片的示意性圖15是表面可安裝的垂直腔表面發射激光器陣列模塊的示意圖，分別為:a)有基板，b)不具有基板，c)有金凸起觸點；圖16是表面可安裝的垂直腔表面發射激光器陣列模塊的示意圖，分別為:a)無基板橋，和b)有基板橋；圖17是具有表面可安裝的金凸起觸點的垂直腔表面發射激光器陣列模塊的示意圖，分別為:a)無基板橋,和b)有基板橋；圖18a，18b和18c表示被配置有用于實現各種光束成形功能的附加光學部件的垂直腔表面發射激光器陣列光學部件；圖19是分別接合到透明的載體基板的垂直腔表面發射激光器陣列芯片的示意性圖，分別為:a)電隔離配置及b)以串聯配置的電連接在一起；圖20是表面安裝的垂直腔表面發射激光器陣列的光學模塊的示意圖，被封裝在a)環繞物熱基底上，b)低電感通孔基底上，和c)與驅動器電子設備(未示出)共同定位的印刷電路板上；圖21顯示包括四個垂直腔表面發射激光器陣列模塊芯片的光學照明器模塊，分別顯示a)俯視平面圖，b)，c)和d)照明器模塊的不同投影方向的橫截面視圖；圖22是分別以a)線性陣列，和b)并排線性陣列布置的垂直腔表面發射激光器陣列模塊芯片的示意圖；圖23是具有圓形發射區域的垂直腔表面發射激光器陣列模塊的示意圖，分別包括a)具有四個四分之一圓發射區域的垂直腔表面發射激光器陣列模塊，和b)具有圓形發射區域和一組同心半圓環的組合的垂直腔表面發射激光器陣列模塊；圖24分別表示a)光學照明器模塊，b)模塊的橫剖視圖，和c)性能特征；圖25顯示a)示范性空氣冷卻的高功率光學照明器模塊，包括九個垂直腔表面發射激光器陣列模塊芯片，和b)光學照明器模塊的剖視圖；圖26顯示示范性液體冷卻的光學照明器模塊，分別包括，a)并排垂直腔表面發射激光器陣列模塊芯片，b)圓形垂直腔表面發射激光器陣列模塊芯片,和c)模塊的橫截面視圖；圖27示意性地顯示表面安裝的光學照明器模塊，與電子電路共同位于熱基底上，a)平面視圖，b)和c)橫截面視圖；圖28顯示表面安裝的光學照明器模塊的橫剖視圖，其與電子電路共同位于多層印刷電路板上；圖29顯示表面安裝的光學裝置的平面示意圖，此裝置包括光學照明器模塊和光學傳感器模塊，它們在公共印刷電路板上表面安裝有其它電子電路；圖30是運動檢測設備的示意圖，它包括表面安裝的光學裝置，具有根據本發明配置的光學照明器模塊；圖31是使用表面安裝的光學裝置的運動檢測設備的原理示意圖，光學裝置具有根據本發明配置的光學照明器模塊。
具體實施例方式在本說明書中提及“一個實例”或“實施例”是指在教導的至少一個實施例中包括參考該實施例所描述的特定特征，結構，或特性。在本說明書中不同地方出現的短語“在一個實施例中”并不一定都指相同的實施例。應當理解，只要本教導還有效，本教導中的方法的各個步驟就可以按照任意次序執行或者同時執行。此外，應當理解，只要本教導還有效，本教導中的設備和方法就可以任何數目或所有所描述的實施例。將參考附圖中所示的示范性實施例詳細描述本教導。除非另有說明，任何特定實施例中沒有示出的元件將不被理解為從該實施例中排除。實施例中分開展示的不同方面的目的是給本發明提供一個更廣闊的角度。雖然本說明只結合各個實例進行描述，但描述的目的不是僅限于這樣的實施例。而與此相反，本領域技術人員將理解，本發明的說明包括各個替代，修改和等同物。能夠學習本教導的本領域技術人員將認識到附加的實施方式、修改和實施例以及其它應用領域，這些都屬于這里描述的本公開的范圍之內。激光照明器(照明器)系統對于許多應用具有許多超越目前技術的優點，并且理想地適合于如三維(3D)成像和姿勢識別照明器系統之類的應用。照明器包括單個VCSEL或布置在模塊中的VCSEL陣列，模塊具有高的熱傳導性，并包含諸如電流驅動器之類的高速電子電路。通過適合于表面安裝到PCB的低阻抗子配件設計來江都驅動器電路的寄生元件，PCB包括高速傳輸線來連接VCSEL或VCSEL陣列和高速驅動器電子電路。本發明的VCSEL陣列可以直接表面安裝到熱沉或在PCB中可選地包括的熱沉區域，用于在高功率操作期間進行快速散熱。此外，光學部件本發明中光學部件可成形光輸出光束或者可以對于單個VCSEL或VCSEL陣列修改VCSEL光輸出的發射。在另一個實施例中，照明器包括安裝到透明的載體基板(下文中稱為載體基板)的VCSEL陣列，基板密封發射表面并且還提供魯棒的支持。本文所述的表面安裝的封裝的一個優點是避免VCSEL陣列的引線或帶狀結合，其在長期運行中可能成為設備失敗的原因并且增加模塊的成本。VCSEL或VCSEL陣列的發光或不發光的表面可以與電子電路集成，以采用標準的表面安裝方法將照明器模塊電連接到電路板上的驅動器和/或控制電路。這里所描述的載體基板被設計為可選地包括光學部件如微透鏡，擴散片等。帶有載體基板的VCSEL陣列可根據應用需要而適合于表面安裝在電路板上或基底上。如本文所述的光學照明器不需要光學部件與陣列中的單個VCSEL的復雜的對準光學部件，從而很容易適用于大批量制造。VCSEL陣列裝置參考圖la，lb，lc，ld和Ie中，顯示了用于各個照明應用的典型的VCSEL和VCSEL陣列。圖1中標有相同的參考標號的相同的元件具有相似的功能，適用于相同的描述。更具體地，圖la (i)和圖la (ii)中所示的自激射VCSEL裝置的兩個反射鏡器被構造在包含第一電接觸層102 (第一端子)的基板101上。發光區域104是一個半導體增益介質，被設置在兩個反射器103和106之間。反射器可以是各個類型，如分布式布喇格光柵，包括電介質或半導體；光柵，包括半導體，電介質或金屬；或反射金屬。第二電接觸層107 (第二端子)形成在與第一電接觸層102相對的表面上。一個電流限制孔105用于控制發光區的驅動電流，并且還確定發射光束的形狀，參見Seurin等人于2011年12月24日提交的美國專利申請 N0.13，337，098。在以下的描述中，提及裝置的“頂端”，“頂部電觸點，”和“第一表面”是指發射表面。因此，裝置的發射端在這里被稱為“頂端”，并且與裝置的發射端的電觸點在這里被稱為“頂部觸點”。裝置的非發射端在本文中被稱為“底端”或“第二表面”，并且與非發射端的電觸點在示例中被稱為“底部觸點”，除非另有說明。更具體地，圖la (i)所示的頂部發射裝置具有與裝置的觸點端相對的發射表面108。而在圖a (ii)所示的底部發射裝置中，發射表面108位于基板側上。因此，圖la (i)中，底部和頂部端子是102和107，分別包括基板端和有源層端，而在圖1a中的(ii)中，底部和頂部端子102和107分別是游泳池端和基板端。應當指出，在圖la (ii)中所示的底部發射裝置朝上安裝有基板側，使得在圖la (i)和la (ii)所示的裝置中的光發射是在向上的方向(箭頭109 )。雖然圖中顯示裝置具有各自的基板，但是一個常見的做法是減少基板的厚度，或完全除去基板以提高散熱效率。通過改進VCSEL的形式以獲得改進的或更理想的輸出特性，例如，在單模下的更高功率輸出。圖1b顯示了使用3鏡腔的擴展腔VCSEL裝置來獲得這樣的輸出特性的兩個例子。圖1b (i)使用頂部發光VCSEL結構，這是類似于圖la (i)中描述的裝置，但作了如下改動。底部反射器106被制作為部分反射，第三反射器100被制作在基板的底表面上。反射器100和106的組合導致高反射率，當它們在設計的相位關系時，從而獲得所需的VCSEL激光操作。向上方向輸出光109由頂部反射器103發送。圖1b (ii)使用底部發射的VCSEL結構，這類似于圖la (ii)中描述的裝置，除了要作如下改動。頂部反射器103是部分反射的，和第三反射器100被制作在基板的頂表面上。反射器100和103的組合結果是增加了反射率，當它們在設計的相位關系時，從而獲得所需的VCSEL激光操作。向上方向輸出光109由第三反射器100發送。三個反射鏡的配置的另一實施例，外腔VCSEL，如圖1c (i)，( ii)和Id所示，第三反射鏡100與VCSEL制作基板分離。圖1c (i)及(ii)分別為采用頂部發光及底部發光的VCSEL的外部三鏡腔VCSEL裝置的兩個形式。圖1c (i)使用頂部發光VCSEL結構，這與圖la (i)中描述的裝置類似。但該VCSEL頂部反射器106的反射系數減小。第三反射器100位于VCSEL裝置的上表面108上方的某一設計距離處，以使得反射器106和100的組合發送產生高反射率，以產生具有期望的輸出特性的激光動作。諧振腔導致三個反射鏡間的激光動作99并且輸出激光109由第三反射鏡100在頂部輸出。圖1c (ii)使用底部發射的VCSEL結構，這與圖la (ii )中描述的裝置類似。但該VCSEL頂部反射器103的反射系數減小。第三反射器100位于VCSEL裝置的上表面108上方某一設計距離處，以使得反射器103和100的組合發送產生高反射率，以產生具有期望的輸出特性的激光動作。為消除在諧振腔中由于反射的損失，上表面108施加有抗反射涂層。諧振腔導致三個反射鏡間的激光動作99并且輸出激光109由第三反射鏡100在頂部輸出。圖1d示出了外腔VCSEL的第三示例，其中輸出從VCSEL裝置反射器106中的一個獲取。本文給出了一些細節解釋如何將第三反射器連接到VCSEL裝置以形成堅固的緊湊型模塊。此裝置和設計具有極大的制造優勢，包括:整個裝配可在晶片級上進行，以在晶片上產生大量的模塊，然后通過切割分離出已完成的大量模塊。圖1d中所示的模塊使用的是圖la (i)所示的頂部發光裝置。但是此技術也可以使用底部發光裝置，如圖la (ii).底部反射器103是部分反射，以在三鏡腔中作為中間反射器。該VCSEL基板101在激光束通過的表面區域具有抗反射涂層96，并且在其它表面區域被金屬化102以形成底部接觸。第三反射鏡沉積在透明基板97上，另一面具有抗反射涂層96。相同的表面具有被施加到激光束穿過的區域以外的區域中的金屬化層98。在基板上的第三反射器然后焊接94到VCSEL裝置的底部，形成單塊模塊。第三反射器100是位于VCSEL裝置的底表面下方的一設計距離處，該設計距離由VCSEL和透明基板101，97的厚度而定，以使得反射器103和100的組合反射產生一個高反射率，以產生具有期望的輸出特性的激光動作。諧振腔導致三個反射鏡間的激光動作99并且通過VCSEL頂部反射鏡106輸出 109。本領域技術人員將理解，代替單個VCSEL裝置，多個VCSEL裝置的陣列，無論是自發光或3鏡腔的VCSEL陣列都可以構造在單個基板上，如在圖1e (i)和(ii)所示和。更具體地，在圖1e (i)中，其中所示的VCSEL陣列112包括多個VCSEL裝置(每個點代表一個VCSEL裝置110)的二維陣列111，每個VCSEL類似于圖1a或圖1b所示，構造在一個公共基板112上。陣列中的所有的VCSEL裝置電連接到用作陣列的第一公共端子的基板。為了VCSEL的集體發射，VCSEL陣列中的每個VCSEL的第二電觸點使用陣列表面上的公共金屬化連接，其功能是作為陣列的第二公共端子。所有VCSEL裝置發出向上方向的激光，在本例中由箭頭114所示。為了便于說明，圖1e中所示的VCSEL陣列112將被稱為VCSEL陣列芯片(或陣列芯片)。在這個特定的例子中，VCSEL裝置被布置以形成一個圓形的陣列芯片。應當理解，VCSEL陣列芯片可以是任何規則的幾何圖案或隨機的形狀。陣列芯片112可以安裝在任何熱基底113上，見Seurin等人，2011年12月24日申請的美國專利申請號13337098。類似的方式，圖1c或Id中描述的外腔VCSEL結構可以被配置到在圖1e (ii )的一個公共基板上構造的多個VCSEL裝置的陣列中。在圖1c中描述的裝置中，單獨的外部鏡是一個第三反射鏡100，它位于VCSEL陣列基板的頂部之上的正確位置處。具有減小的反射率的反射鏡106或103的頂部或底部發光VCSEL裝置分別制造在一個公共基片112上。第三反射鏡100位于VCSEL陣列112之外某一設計特定距離的位置，以使得三個反射鏡的組合腔在每個VCSEL裝置中產生具有期望特性的激光動作99。VCSEL陣列114的輸出光束從反射鏡100向上輸出。在圖1d描述的VCSEL模塊的情況下，該裝置可以是具有接合到包含眾多的VCSEL裝置的VCSEL裝置基板晶片的單個第三反射鏡基板的晶片形式。通過適當的制造掩模和工藝，VCSEL晶片的布局可以被配置為VCSEL模塊的陣列。因而，代替切割各個裝置模塊，包括裝置陣列的許多模塊可以從外部腔VCSEL晶片組件分割出。以上描述了三鏡擴展腔與外腔VCSEL裝置和陣列模塊的幾個例子。本領域技術人員將理解，可以使用三鏡的其它配置并且可產生用于在單個裝置和裝置的陣列中提供四個反射鏡VCSEL腔的這些配置的組合。在以下的討論中，術語VCSEL陣列，VCSEL陣列裝置或元件是指任何上述類型的VCSEL裝置，包括VCSEL、擴展腔VCSEL和外腔VCSEL。VCSEL陣列表面安裝模塊:在圖2a中分別示出光學模塊的實施例的俯視圖200a和相應的橫截面圖200b。為了便于說明，兩個視圖中的相同的部分標有相同的參考標號表示。所示的裝置具體地是二維陣列209，其包括多個VCSEL元件202(為清楚起見只標記一個)，構建在一個公共基板201上。其中的多個VCSEL可以是在圖la，lb，lc，ld和Ie中的各種類型，只要它們被安裝以相同的方向發射激光，如圖中箭頭208所示。每個VCSEL的第一電極(位于基板201的底部)連接在一起，以形成陣列的公共第一端子。每個VCSEL的第二電極一起(陣列209的頂表面)連接到陣列的公共第二端子。如前面提到的，在這個例子中陣列的基板是接合面，陣列的表面是發光表面。公共的基板，也即陣列的公共的第一端子被接合到接合盤204上，接合盤204被安裝在具有高的熱導率的基底203上，從而在VCSEL陣列中產生的熱量迅速擴散并消散。多個引線或公共的寬的接合帶206從VCSEL陣列的發光表面到位于公共基底上的第二接合盤205提供到公共第二端子的非常低的電感連接。接合盤204和205雖然位于公共基底的同一表面上,但相互間電隔離。本實例中的接合盤204和205圍繞基底203的各自邊緣216和217包裹，并且連接到基底下面的相對表面上的對應組的大區域接合盤214和215上，使得VCSEL陣列與接合到基底的熱沉(未出示在圖2a中)具有有效的熱接觸。從橫截面視圖(ii)中更清楚地看到這一點。在本實例中，與VCSEL陣列的電連接在用于表面安裝陣列的熱基底的底部側上。例如，在大區域的接合盤可以焊接到PCB上的相應設計的連接器盤處。到所有的VCSEL的公共電極連接使得使用公共驅動器電流一起操作裝置，從而使所有VCSEL同時發射激光，產生高功率輸出。在本實例中的VCSEL陣列是通過大區域的接合盤214和215電連接到PCB上的相應盤，例如連接到高速的電流驅動器電路。在上面描述的示范性實施例中，只顯示在陣列中的所有VCSEL公共的一組接合盤204和205。實際中，許多的接合盤共同位于基底的同一表面上。在某些應用中，VCSEL陣列的不同部分連接到不同的驅動電流的電路是有利的，以便用可編程的方式來操作它們。VCSEL陣列的不同部分可以連接以隔離相同的熱基底上的接合盤，這些接合盤被單獨包裹在熱基底的各個邊緣周圍并且連接到熱基底的下側上的對應的盤。如前面提到的，為高效散熱，熱基底被放置在熱沉上(未出示在圖2a中)。在本例中，熱基底下方具有大區域接合盤，放置在熱沉或一個集成在PCB中的熱沉上，因此VCSEL陣列和熱沉之間的熱阻非常低。同時由于大區域的接觸盤，電路徑的寄生元件，特別是感性阻抗減少，這對VCSEL陣列的高速脈沖操作是明確的優點。圖2b是VCSEL或VCSEL陣列需要高速操作時來自2a的一個變型。修改基底金屬化以使得VCSEL209的接合盤204具有基底203的兩個相對側216上的環繞物連接。環繞連接連接到基底的下側上的大的接合盤214。此外，VCSEL陣列的相對側上還有兩個側盤205和207與環繞物連接216正交。還有兩個接合盤215，218位于上基底的底部，它們與接合盤214電隔離。205和207的兩個側盤與底部的接合盤215和218分別相連。然后205和207的兩個側盤由引線506和510連接VCSEL陣列的頂端。在基底上的VCSEL陣列的布置可以是直接表面安裝在PCB上，具有與基底接合盤215，214和218相匹配的接合盤。這種多個平行環繞連接大大降低了 VCSEL陣列和PCB之間的電感和電阻，從而實現VCSEL陣列的非常高速脈沖或調制操作。在圖3所不的另外一個不例中，一個光學模塊使用了與圖2a和2b中所不熱基底不同的基底。平視圖300a與相應截面圖300b所示的模塊，與圖2中描述的模塊類似。具體來說，一個包含了置于各個基底301之上的多個VCSEL302 (僅一個被標注)的VCSEL陣列309，被接合到基底303表面的接合盤304上。VCSEL陣列下方的電極與接合盤304電接觸。VCSEL陣列頂部發射面上的第二電極通過引線或者引帶接合在基底303的同一表面上的第二接合盤305上，并與位于同一平面的接合盤304電隔離。一組箭頭308代表了 VCSEL陣列發射出的平行光束。與圖2a和2b所示的例子類似，圖3中的基底可以由高導熱率材料構成。然而在本示例中，使用高導熱率材料基底將熱量由VCSEL陣列散出并不必要。代之以，本示例中的基底包含了多個通孔(有時被成為透孔)311 (僅有一個在側視圖中被標出)。以上設計在截面圖300b中可以看得更為清晰。300a與300b中相同部件被標為同一參考數字。每一個單獨通孔(僅一個在上方被標注)被涂覆或者填充導熱導電材料，分別把接合盤304和305與位于基底底部的對應大區域接合盤314和315連接312起來。可用于對通孔涂覆或者填充以將VCSEL產生的熱量快速導入熱沉(圖3中不可見)的材料包括，但不限于，銅，銀以及金等高導熱導電金屬。如同圖2a和2b中的示例所描述的一樣，基底可以被放著在一個熱沉和/或將VCSEL陣列與高速驅動電路連接的印刷電路板上。除了提供高導熱率，多個通孔同樣在接合盤304和305與大區域接合盤314和315以及高速驅動電路之間提供了非常低的電感電接觸。對于需要超高速運行VCSEL陣列的情形，圖4展示了置于圖3所示的通孔基底上的另一種VCSEL陣列配置。VCSEL陣列409的底部盤接合到基底403的頂部上的大盤404上。基底底部有相應的接合盤414。上接合盤404與下接合盤414之間的電氣和熱連接412由如前所述的多個通孔411完成。一個與大區域接合盤404電隔離的側面接合盤405位于VCSEL陣列的周邊。在VCSEL陣列的四邊，焊線或者類似連線406連接了接合盤405和VCSEL陣列頂部的接合盤。兩個或者更多個接合盤415和418被放置在基底底部并與接合盤414電隔離。這些接合盤415和418通過通孔與基底頂部的側接合盤405作電氣和熱傳導連接412。本領域內的技術人員也能夠預見到接合盤415和418的其他設計，包括在利用通孔411能夠直接連接頂部接合盤405的情況下，使用大于兩個接合盤415和418。這樣在基底上排列的VCSEL陣列可以被直接表面安裝到一塊有跟基底接合盤415，414和418匹配的接合盤的印刷電路板上。與VCSEL陣列的多個平行連接，極大地減小了 VCSEL陣列與印刷電路板之間的電感和電阻，使得VCSEL陣列的高速脈沖或者調制操作成為可能。圖5展不了對于圖4的另外一種設計。平視圖(a)展不了基底頂部接合盤504和505，以及對VCSEL陣列509的引線連接506和510的細節。圖b展示了 VCSEL陣列，基底以及引線的側端面。平視圖(c)展示了基底的底部，顯示了接合盤515，514和518，以及向頂部和側面接合盤的通孔連接512的分布。圖5 (d)展示了基底上的VCSEL陣列的剖面圖，對于上下基底接合盤之間的通孔連接給予了更多的細節。雖然只有一種基底側面接合盤的設計被展示，但是本領域內技術人員也能夠預見到其他設計。圖6(a)展示了前述設計，而(b)和(C)則展示了另外兩種設計。在全部三個示例中，底部接合盤的設計樣式是相同的。當然如前所述，底部的接合盤布局也可以被設計成不同樣式。在(b)圖中，偵愐接合盤621被放置在VCSEL陣列609的三個側面周圍，并被引線606，610和619連接到VCSEL陣列頂部接合盤的三側。VCSEL陣列的底部接合盤被接合到頂部大接合盤604上。頂部大接合盤604在此布置中可以在不再包含側盤的那一個方向延伸。此布局在測試階段可以具有益處，以提供探測測試的盤區域。圖6 (C)展示了位于VCSEL陣列的相對側面上的兩個側接合盤622和623。它們與圖5中所示的兩個底部接合盤615和618相連接。引線606和610從VCSEL陣列的頂部接合盤分別連接到兩個側面接合盤622和623。VCSEL陣列的底部接合盤被接合到大的頂部接合盤604上。頂部大接合盤604在此布置中可以在不再包含側盤的那兩個方向延伸。此布局在測試階段可以具有益處，以提供探測測試的盤區域；它還通過簡化各種簡化操作等提供配件的益處。圖6d，6e和6f展示了為高速而優化的布局。在這種設計中，VCSEL陣列609的底部接合盤被接合在大的中央接合盤604上。VCSEL陣列頂部接合盤在四邊606，610，619和620通過引線連接到圍繞VCSEL陣列的環形接合盤605上。圖6f中所示的基底底部603上有兩個接合盤614和605，在尺寸上分別與頂接合盤604和605匹配并與之相對。接合盤604，614和接合盤605，630分別通過多個電氣和熱導通的通孔611連接在。這種布局提供了最為直接的連接，最小的電感，以利于VCSEL陣列的超高速脈沖和調制。在一個示例中，一個高速光學模塊使用VCSEL陣列配置，并且集成電路或者電子芯片的電子電路(以下稱為電子模塊)可選地接合到同一熱基底上，如圖7所示。VCSEL陣列和熱傳導基底與前面圖3，4，5和6中所示的類似。相同部分使用了同樣的標號。更具體地說，圖7中的標號可以援引到前面圖3，4，5和6中的描述。VCSEL陣列的一個端子接合到熱傳導基底703的接合盤704上。電子模塊727包含了至少一個電流驅動電路，以及可能的額外的控制檢測電路，電子模塊727使用倒裝接合或者如示意圖700a，700b和700c所示的傳統表面接合技術被接合在熱基底上。在示意圖700a中，VCSEL陣列709由引線或引帶706電連接到位于公共焊盤705上的電子模塊727。示意圖700b引線則展示了另一種將VCSEL陣列與電子模塊連接的方法。使用這種方法，電子模塊以倒裝芯片的方式被安裝在VCSEL陣列所在的基底表面上。VCSEL陣列與電流驅動電路之間由一根傳輸線705作為電連接。傳輸線705可能進一步連接到有源或無源阻抗匹配裝置。更具體地說，一個位于VCSEL陣列的頂部發射表面和基板701上的通孔為共享電子模塊727的VCSEL陣列的端子和傳輸線705之間提供了電傳導路徑。在示意圖700c中，電子模塊727在基板側上被接合在熱基底上的接合盤，并通過引線或寬引帶接合706與VCSEL陣列電連接。雖然以上示范性實例，僅展示了一套接合盤和位于熱基底上的一套VCSEL陣列和電子模塊，但是對于本領域的技術人員來說，很顯然每一塊熱基底可以有更多個接合盤以容納更多個VCSEL陣列和電子模塊，以配置更大的光學模塊。將電子模塊安裝在同一基底上的好處是可以通過減小比如電流驅動電路的寄生元件,例如感性阻抗，以利于VCSEL陣列的高速操作。雖然本發明的以上方面是使用具有多個通孔的基底來闡明的，但是發明原理同樣適用于前述圖2a和圖2b中環繞的基底設計。本領域內的技術人員會認識到，位于同一基底上的不同的焊盤可以被包裹在基底的邊緣周圍并與基底下相對表面上的一塊較大區域的焊盤相連接，以連接不同的VCSEL陣列和/或電子模塊。光束成形和發射模式—個或多個光學布局可以被放置在VCSEL輸出光束之前,來重塑或更改輸出光束的外形以獲得所需的發射圖案。作為示例，光學組件可以僅僅是透明的窗口，或者還可以包括更多的光學成形元件。參考圖8，VCSEL子組件800a，800b和800c包含了外部光學部件。單獨的視圖中的相同部件都標有相同的參考標號，并且將被統一描述。具體來說，虛線框811內包含的部件集體代表作為前文述圖2-7中描述的VCSEL陣列子組件，不會再被重復描述。在800a和800b的配置中，例如焊料或環氧樹脂的接合材料環812位于VCSEL陣列邊沿周圍的基底上，并且光學部件813被附接到接合環。假如沒有額外的光束成形要求，光學部件僅為透明的窗口。光學部件被對準安裝在VCSEL子組件811上方的預定高度處，來封裝VCSEL陣列的頂部發射表面上的引線或者引帶連接器806，以提供額外的機械支撐。此外，封裝材料密封地或者非密封地將VCSEL陣列和光學部件封閉在一起。假如有光束成形要求，光學部件還會包括一個或者更多個由圖8中814代表的光學成形元件或者其陣列。光學成形裝置814可以被安裝或者形成在光學部件813上。包括光學成形元件的光學部件被放置在VCSEL子組件811上方一個預定的高度上，并與VCSEL陣列橫向對齊。這樣VCSEL陣列的輸出光束將在正確的位置和距離透過光學裝置814以保證獲得需要的光學成形操作。光學元件的選擇根據特定應用需要的光束成形或者發射圖案來預定。光束成形元件包括但不限于透鏡，微透鏡，光闌，光束擴散器等，以及一個或者更多個以上元件的陣列。當VCSEL陣列的不同部分需要不同類型的光束成形時，不同的光束成形裝置可以被添加在一個層中，或者多層光束成形元件可以通過在上面堆疊來添加。此外，光束成形元件比如微透鏡或者擴散器可以被制作在VCSEL光學部件的頂部或者在VCSEL或光學部件的外部來集成。在另外一個示例800c中，光學部件813應用焊料凸點技術附接到VCSEL陣列子組件上。使用環氧樹脂凸點，光學部件813可以被安裝在VCSEL陣列的各個部位。光學部件可以在一個表面上包括一個或多個光束成形元件814或所述元件的陣列。在這個示例中，光學部件813還包含沉積在不包括光學成形元件的表面上的現成焊料金屬盤。焊料金屬盤的厚度由光學部件應被放置以提供所需光束成形操作的高度決定。光學部件與基底803上的接合盤804和805橫向對齊，這樣VCSEL陣列的輸出光束將在正確的位置和距離透過光學裝置814以保證獲得需要的光學成形操作。VCSEL陣列周圍的焊料或者環氧樹脂，以及附加的光學部件也對VCSEL陣列提供了密封，以避免外部元件可能帶來的損傷。示意圖800d展示了一個包含高速電子模塊的光學模塊示例。在這個示例中，虛線框811代表了一個與圖700b中所展示的類似的高速光學模塊。在此示例中，例如焊料或者環氧樹脂的接合材料812被放置在VCSEL陣列以及電子模塊818周圍的基底上以接合光學部件813來為整個光學模塊提供封裝。光學裝置可以僅為一個透明的窗口，假如需要光束成形，也可以包括可選的額外的光學以及814或者其陣列。VCSEL陣列和所附的光學部件周圍的焊料或者環氧樹脂也為VCSEL陣列提供了封裝，以避免外部部件可能帶來的損傷。以上示例是以圖7中的光學模塊700b為參考來描述的，但此描述也同樣適用于圖7中的相關光學模塊700a和700b。高速光學模塊前文描述的VCSEL陣列及其光學成形元件，可以被用于配置如圖9所示的高速光學模塊。示意圖900a和900b所示的高速模塊示例與圖7中描述的高速光學模塊類似。示范性高速光學模塊900a和900b共同擁有的特性都標有相同的參考標號，并且將被統一描述。更具體地說，一個典型的高速模塊包含虛線框內的光學模塊911，以及電子模塊927。900a和900b所示的高速光學模塊，包含了一個焊在熱基底903上的VCSEL陣列，與圖2_6中提到的光學模塊在幾乎所有方面都大致相同。900a的基底與900b有所不同，后者包含了圖3-6描述的多個通孔。除了光學模塊，示范性的高速模塊還包含了含有至少一個高速電流驅動裝置的高速電子模塊927。使用為本領域技術人員熟知的焊料，環氧樹脂或者其他材料的導熱接合介質921將光學和電子模塊表面安裝在一塊印刷電路板920上，以將電子芯片表面接合到高速電子電路中的PCB。印刷電路板還包含了在一個表面上的一條或者多條高速引線傳輸線923 (僅一條被注明)，以及PCB下的相對表面上的多個接地面(僅數個被注明)。電子模塊被高速引線傳輸線923電連接到光學模塊，用來高速驅動，調制和控制VCSEL陣列。印刷電路版可以可選地包含一個熱沉區域922，光學模塊直接接合到熱沉以有效散熱。示范性的高速子組件中的光學模塊包括了一個如同圖8所描述的，由一個或多個光束成形元件914或者其陣列組成的光學部件913。使用光學模塊的基底903和印刷電路板上的諸如焊料或者環氧樹脂一類的接合材料912，把光學部件安裝在子組件上，使得光學部件與光學模塊上的VCSEL陣列對齊，同時把電子模塊封裝在印刷電路板上。可以理解的是，以上高速子組件的布局僅僅是一種示例，而為本領域技術人員熟知的其他將光學模塊和電子模塊組裝在一起的布局，也在本發明的范圍之內。圖10展示了一個使用高速引線傳輸線連接光學模塊和印刷電路板上的電子模塊的示范性布置。具體來說，平面圖1OOOa和相應的截面圖1OOOb展示了印刷電路板1020，其中包含光學模塊1021 (為IOOb中的虛線框所示)和電子模塊1027，被位于電路板兩面的高速引線傳輸線1023和接地面1024連接在一起(僅電路板一面可見)。此外，傳輸線兩面也安裝了有源或無源阻抗匹配元件1025 (僅一件被注明)。本領域內相關技術人員可以理解，本示例中的引線傳輸線可以是為人熟知的帶狀引線，微帶狀引線或者共平面類型的引線。雖然沒有被明確的標示，本示例中的光學模塊同樣包含了如前圖8所示使用接合材料被附接在模塊上的光束成形元件。雖然如圖9a和圖10所示的示例中的光學模塊，使用了圖8中800a的布局安排，但是這些示例同樣適用于圖8中800b，800c或者SOOd的包含數個通孔的熱基底的布局安排。事實上，使用這些基本模塊的不同組合或者子組合將對本領域技術人員是明顯的，并且不同的實施例在前述的寬泛框架內構建。在同一印刷電路板平臺上把高速傳輸線和光學及電子模塊包含在一起，這種做法的一個好處是可以減小VCSEL陣列的高速運行的寄生電路元件，特別是電感。此外，其他電子元件，比如高速控制操作使用的預制可編程部件也可以被選擇性地包括在同一塊印刷電路板平臺上。雖然前述所有示例僅包含單個VCSEL陣列，但是在實際應用中，多個VCSEL陣列可以共存在一個基底上。圖11展示了示例性的配置，在一個基底1103上，共同放置了一維VCSEL陣列IlOOa和二維VCSEL陣列1100b。具體來說，IlOOa展示了公共基底上的VCSEL陣列(由1109統一標識)組成的IxN陣列。這個基底上包含了多個被包裹在一個或多個最近的邊緣1116和1117周圍的接合盤1104和1105，這些接合盤與基底下的相對表面上的較大區域的接合盤(圖11中沒有示出)相連接。以上示例也可適用于構建2xN陣列。IlOOb展示了同一基底上的VCSEL陣列組成2xN陣列的另一示例。這個基底上包含了多個通孔1111，用于將基底1103的表面上的每一個接合盤(僅1104和1105示出)與基底1103下的相對表面上的較大區域的接合盤(僅1105示出)相連接。這個示例對于MxN陣列更為適合。每一個VCSEL陣列可以使用一個或者多個弓丨帶1106單獨連接，或者集體連接到一個或多個電流驅動電路。此外，不同陣列中的VCSEL可以具備不同的電流限制光闌結構來提供不同的發射圖案。本領域內技術人員將會認識到不同陣列中的VCSEL可以被模塊化連接。舉例說明，一個基底上的所有陣列可以被連接在一起，或者單獨連接，并被操作或編程以運行在所需要的模式或者所需要的組合。這為產生不同的照明功率和發射圖案提供了大量的可能性。照明器系統如圖12所示，前述不同模塊的組合可以用于配置高速高功率的照明器系統。等軸視圖1200a展示了一個照明器系統的整體設計。相應的截面圖1200b可以增進對這個照明器系統的理解。兩幅視圖中類似的元件被標示成相同的數字標號以避免重復描述。具體來說，1200a和1200b中所示的照明器系統由一個直接接合到印刷電路板1220的光學模塊1221和高速電子模塊1227組成。電子模塊包含了至少一個為光學模塊提供驅動電流的電流驅動電路。電子模塊還包含了其他用于控制光學模塊不同功能的裝置。在這個示例中，電子模塊可以通過使用高速鏈路的外部控制器(未顯示)遠程尋址，高速鏈路由PCB上的一條引線傳輸線1223 (帶狀引線或微帶狀引線)和一個位于照明器外殼1210的外部連接器1224組成。光學模塊包含了如前圖2a，2b，3，4，5，6，7，8，和9所描述的安裝在熱基底上的VCSEL陣列。每一個光學模塊可以包含一個或者多個VCSEL陣列。此外，光學模塊也可以包含一個或多個類似圖8-10描述的光束成形元件或陣列。利用前述圖2-7所描述的基底下面的大區域的接合盤，光學模塊被接合到一個位于印刷電路板上的接合盤1215。基底上的接合盤可以被直接放置在印刷電路板中可選地包括的熱沉區域上，這樣VCSEL陣列下的基底接合到印刷電路板的熱沉區域，利于VCSEL陣列與熱沉區域的直接熱接觸。而印刷電路板將被接合到外殼1210的熱傳導底板1219上，以在VCSEL陣列與照明器系統外殼的外部熱沉1216之間提供有效的熱傳導路徑。—個透明蓋1217被置于外殼底板的相反端，以完成封閉性或非封閉性的外殼密封。與圖8中在光學模塊里包含光束成形元件的做法不同，透明蓋可以直接被用作光束成形元件。在這種情況下，光學模塊與透明蓋之間的距離將會被相應調整以從光學模塊獲得所需的光束形狀。如前所述，照明器系統可能包括多于一個VCSEL陣列以獲得高功率和/或者大區域的照明。多個VCSEL陣列可以通過并聯或者串聯電連接在一起來同步運行。為簡明闡述，在上述示例中單個VCSEL或者VCSEL陣列是制造在單一基板上的。本領域內技術人員可以理解，在實際操作中，很多單個VCSEL或者很多VCSEL陣列可以被制作在單塊大區域基板上。取決于所需要的輸出功率，基板上的每一個裝置或者陣列可以被連接到單獨的電流驅動器，或者可以連接到公共的電流驅動器。雖然以上示例中描述了建造在單一基板上的規則二維VCSEL陣列，但是任何規則或不規則VCSEL陣列，例如線性的或一維陣列，或者不規則的二維陣列，均可以由單個高功率VCSEL按期望的圖案排列組成。同樣道理，前圖2a，2b，3，4，5，6和7中描述了在單一熱基底上安裝每個模塊。在實際操作中，多于一個模塊可以被安裝在單一熱基底上。大的二維VSCEL陣列可以由一維陣列或者小的二維陣列在熱基底上的公共接合盤或者單獨的接合盤之上連接在一起而成。有益地，小的VCSEL有利于緊密封裝的陣列，以產生非常均勻和無斑點的照明圖案。此外，根據輸出功率的要求，使用一個或者多個驅動電流電路，不同的陣列可以被編程為單獨或者集體運行。每一個陣列可以被編程為同步，非同步，連續，脈沖或者順序運行。將光學模塊和電子模塊至于同一印刷電路板上并以高速引線傳輸線連接，可以讓VSCEL陣列以高速脈沖方式運行(脈沖頻率在Gb/s (十億比特每秒)量級)，并由外部控制器進行調制。此外，VCSEL陣列的不同部分可以被配置在不同速率運行或者實施調制。以上描述的目的是，以模塊化方式覆蓋一個寬的框架，這個框架被定義為基于VSCEL陣列技術制造和運行高速高功率激光照明器系統。本領域內技術人員能夠理解，配置和編程VCSEL陣列的模塊化特征，為適應不同應用所需的不同照明圖案的運行速度和控制方式提供了多樣化的選擇。前文背景技術部分描述了 一些這樣的應用。表面安裝VCSEL陣列芯片值得注意的是傳統VCSEL陣列芯片的兩個端子位于陣列芯片的兩個相對端(發射端與非發射端)上。更清楚的展示可見圖13的截面圖。參考圖13a到圖13d,每一個不例中，一個陣列芯片都是在一個公共基板1310上制造的。為清楚起見，VCSEL陣列的有源層由發光區，電流限制區和反射區組成，并被統一標識為1320。對于圖13a所示頂部發射陣列芯片，非發射面的底部觸點1302構成了陣列芯片的公共第一端子。在這個示例中，底部觸點是一個連續的金屬化層，并電連接到導電基板1301 上。位于有源層發射面上的頂部觸點構成陣列芯片的公共第二端子。頂部觸點是一個連續的金屬化層。金屬化層上有通過選擇性蝕刻(或選擇性沉積)形成的多個發射窗口1308(僅一個窗口在示意圖中被標示)。窗口之間的金屬化構成了頂部金屬接觸盤1307，以形成電氣連接。(僅一個接觸盤在示意圖中被標示)。每一個窗口 1308都與窗口之下對應的VCSEL的電流限制窗孔相對齊。對于圖13b所示的底部發射類型來說，陣列芯片被倒置，使得與有源層作電氣連接的非發射面觸點1302形成公共第一端子。發射面上的頂金屬化層被沉積在基板1301上，并含有多個窗口 1308 (僅一個被標不)。窗口間的金屬化層構成了電氣接觸盤1307 (僅一個被標示)，以形成電氣連接。每一個窗口 1308都與窗口之下的有源層內相應的電流限制窗孔對齊。頂金屬化層構成了陣列芯片的公共第二電極。底發射類型的陣列芯片是被倒置的。光束從基板端向上發射1309。然而所示的這個配置不應成為任何其他配置的限制。在圖13a和13b所示的陣列芯片中，第一和第二端子處于發射面的相對兩面。而放置在同一平面的端子更利于表面安裝，圖13c和13d展示了第一和第二端子處于同一面的兩個例子。具體來說，底部發射類型中，陣列芯片是為了方便陣列芯片的表面安裝。圖13c和13d的示例中，陣列芯片被安裝成底部發射類型(與圖13b的實施例類似)，然而這不應被解釋為任何限制。在圖13c的示例中，通過選擇性地移除底觸點1302和它下面的有源層1320的一部分，一個窗口 1321或者一條凹槽被制造出來。一層額外的金屬化層1322被選擇性地沉積在基板1301的非發射面。在有源層的一部分上支持金屬化層1322，該部分通過窗口 1321與有源層的其他部分形成物理和電隔離。電流通過兩面均有接觸點的導電基板，將金屬化層1322和頂接觸面1307電連接。這樣，陣列芯片的兩個端子1322和1302具有基本同樣高度，位于陣列芯片的同一側，以利于陣列芯片的表面安裝圖13d的示例稍有不同:底部觸點1302和它下面的有源層的一部分被選擇性移除。一個與有源層1320和接觸層1302基本等高的電鍍金凸點1323被沉積在基板1301的非發射面。金凸點1323與有源層之間有一個間隙1321。電流通過兩面均有接觸點的導電基板，將金凸點1323和頂部觸點1307電連接。因此陣列芯片的兩個端子位于同一側。在圖13c和圖13d所描述的設計中，間隙1321可以通過業內稱為“平坦化”的技術被選擇性地填充絕緣或者聚合物材料。雖然可被表面安裝的VCSEL陣列芯片的概念是由一個底部發射陣列芯片演示的，同樣的概念也可以被應用在頂部發射陣列芯片上。如前所述，基板可以變薄或者完全移除以減少基板中發射光的吸收(在基底將完全吸收發射光的裝置中)，以利于有效地散熱。在圖14所示的一個變種的示例中，光學部件被整合在一個與前面圖13c描述十分類似的表面安裝的VCSEL陣列芯片中，以提供額外的光學功能。具體來說，在圖14中，一個VCSEL陣列芯片由一個置于基板1401上的有源層1420構成。有源層1420的一部分被選擇性移除成為一條凹槽1421。這為頂部電接觸層1407與基板非發射面上的額外的金屬化層1422之間的電氣連接提供了方便。一個包含多個微透鏡1426的微透鏡陣列被制作在陣列芯片的發射端，使得陣列中的每一個微透鏡與發射端的相應的窗口 1408對齊(僅一套被標注)。微透鏡陣列由對基板的選擇性蝕刻或者后處理步驟制作而成。數種后處理步驟為業內熟知，不再累述。微透鏡的高度和屈光度由其所需功能性決定，例如對陣列芯片中的每個VCSEL的輸出光束進行準直或者會聚的光束成形。也可以在陣列芯片的不同部分制作具有不同的光學特性的不同的微透鏡。本發明所述的表面安裝陣列芯片的一個優勢是，在制作基板通孔時，減少乃至消除了復雜對齊過程，以此帶來的制造過程的簡化。本發明同樣避免了連接陣列芯片的頂部(發射面)和底部連接盤(非發射面)的引線和引帶。Seurin等人在2011年12月24日申請的美國專利申請13，337,098描述了一個表面安裝的VCSEL陣列模塊。在這個模塊中，VCSEL陣列的頂部發射面的觸點由引線或者引帶連接到非發射面的熱基底上的接合盤。本領域內技術人員可以認識到，引線和引帶接合觸點往往是裝置故障的原因，同時也增加了成本。本發明所描述的表面安裝陣列模塊只利用共平面觸點顯著降低了裝置故障的風險。VCSEL陣列模塊在本發明的一個示例中，表面安裝陣列芯片被用來制造VCSEL陣列光學模塊(以下簡稱陣列模塊)。圖15展示了一個由類似圖13a所示的頂部發射陣列芯片制作的光學模塊。圖15a, 15b和15c中不同不例里面類似的兀件被標注為相同的數字。圖15a, 15b和15c所示的陣列模塊中，部分1500集體代表了與圖13a中基本類似的陣列芯片。更具體地說，圖15a所示的陣列芯片包括生長在基板1501上的有源層1520。在頂部發光模式下的陣列芯片包括很多開在連續金屬化層上的發射窗口 1508 (只有一個標記)，這使周圍區域成為進行發射面上的電觸點的金屬盤1507(標有的只有一個盤)。這些金屬盤構成陣列模塊的第一端子。模塊的第二部分1510包括透明載體基板1511(以下簡稱載體基板)。載體基板的底部和頂部表面分別涂有防反射層1512和1513。連續的金屬化層1514被鍍在防反射層1512上(在此示例中)。使用掩模，金屬化層可以被有選擇性地沉積，或者金屬化層可以被有選擇性地除去以打開金屬化層上的窗口，同時窗口周圍的其余金屬化層可被用來做電接觸和接合用的金屬盤。陣列芯片和載體基板上的窗口可以使用同樣的掩模來制造，這樣兩個部分中的窗口與周圍的金屬盤對齊。例如，載體基板1510可以是通過翻轉并通過焊接而接合到陣列芯片的金屬盤上的。但是，也可能使用其他方法如毛細管接合。兩個部分的窗口和周圍盤在接合兩個部分時對齊。部分有源層和基板被選擇性地除掉用以創建一個窗口或凹槽1521，從而連接陣列芯片的頂部電觸點與非發光一側的接觸盤。另一個情形如圖15b所示，在接合兩個部分以后，基板1501變薄，或完全(在此特定的示例)除掉，以從垂直腔表面發射激光器陣列中的更高效的散熱。連續的金屬化層1502被沉積在底部非出光表面上,這樣窗口 1521的一部分是沒有任何金屬的。額外的金屬化層被沉積用來形成接觸盤1522，從而被用來提供陣列芯片從頂部金屬盤1507到底部非出光面的電接觸(在圖15a基板附近)，從而通過金屬化層中的載體基板橋1514形成陣列模塊的第一和第二端子。圖15c所示的另一個概念是，通過選擇性去掉有源層1520的一部分并在非出光面電化鍍上一個金凸點1523，基本上類似于圖13d參考中的說明，這樣在有源層和金凸點之間形成一個空隙1521。金凸點的厚度與有源層的厚度大致相等。在圖15a、15b和15c所示的結構中，陣列的第一和第二電觸點在一個平面上并且位于非出光面。從陣列模塊1509出來的光是經過載體基板1510的，同時載體基板也起到密封和保護位于陣列芯片上的垂直腔表面發射激光器裝置的作用。圖16和17顯示的陣列模塊樣板是從分別顯示在圖13c和13d中的陣列芯片構造的。圖16和17中的引用代號遵循相同的圖15中的約定。現在同時參考圖13、15、16和17，顯示在圖16a的陣列芯片部分1600具有被接合到載體基板1610部分的之類芯片部分1600，基本上類似于那些在圖15a和51b中的描述。引用數字序號1611，1612，1613，和1614所代表的單元分別和前面在圖15中描述過的單元1511，1512，1513，和1514十分相似。為簡潔起見，不再重復說明。在圖16a、16b中所示的陣列芯片用于底部出光模式，這基本上類似于圖13c中所述。有源層1620被有選擇性地腐蝕掉來形成凹槽1621，這樣可以沉積額外的金屬化層1622，從而從發光表面頂部電接觸層1607到裝置非發光表面表面形成電接觸，這樣陣列芯片的兩個平面端子(1622和1602)可以都被放在基板的非出光面，并且表面是平的。圖16b所示的實施例基本上類似于一個圖16a中描述的實施例，除了凹槽1621的結構外。在這個例子中，通過選擇性地去除所述有源層和基板，該凹槽延伸通過所有的載體基板。額外的金屬化層1622使用金屬化層1614創造的橋來連接陣列芯片的頂部金屬化層1607。金屬化層1622和1602形成用于基板的同一側上的陣列端子的兩個平面觸點。在圖16中所示的實施例中，陣列模塊的光從與箭頭1609所示的垂直方向上(相對于頁面)射出。現在同時參看圖17a和17b,在圖17a所示的實施例包括接合到載體基板部分1710的陣列芯片部分1700。載體基板部分1710基本上是類似于參照圖15和16所述，這樣的描述將不再重復。由標號1711，1712，1713和1714所示的元件與圖51所示的元件1511，1512，1513和1514基本相似。陣列芯片被配置在底部發射模式，基本上類似于圖13d中所/Jn ο更具體地，有源層1720的一部分被選擇性地從基板1701上移除。在基板上的露出的部分，通過選擇性電鍍金屬化層1723來形成電觸點，在所述有源層和電鍍區域之間形成間隙1721。電鍍接觸層是與接觸層1702在同一側上的，并且電鍍區域與有源層的厚度基本上是相等的。電鍍區域與頂端接觸層1707是通過基板電連接的。電鍍金屬化層1723和非發光側接觸層1702形成陣列模塊的兩個端子。由于在這種情況下，基板1701可以是導通的和攜帶電流，因此金屬化層1714和1707可以部不必要，并且基板1701可使用熟知的技術，如毛細焊接，被直接接合到載體基板1710。圖17b所示的實施例與圖17a中所示的實施例基本上是類似的,包括兩部分1700和1710，分別代表陣列芯片和載體基板部分。載體基板部分1710包括的元件(1711至1714年)，基本上是與圖17a中參考所描述的元件(1711年至1714年)類似的。此外，載體基板包括位于金屬化層1714的一部分上的電鍍區域1723。通過對準金屬焊盤1707與相應的金屬焊盤1714和將它們壓在一起，并在某些情況下，加熱使他們融合，把載體基板部分接合到陣列芯片1710，從而窗口 1708與基板上的窗口對齊。也可以使用焊接技術附接1707到1714。金屬焊盤1707通過載體基板上的電鍍金屬化層1714的金屬橋與電鍍層電連接。金屬化層1702和1723形成陣列模塊位于基板非發光側上的兩個端子。由箭頭1709所示的光發射是從陣列芯片基板的頂表面在垂直方向(參照頁面)的。根據本發明，構造可表面安裝的陣列模塊有幾個優點。一個優點是，通過使用平面觸點(沒有線或帶接合)，發光表面上的頂部電觸點連接到模塊的非發光側，從而大大降低了故障的風險。本發明還消除了常規的可表面安裝裝置中對復雜的對準步驟(對準通過基板的通孔)的需要。此外，陣列芯片接合到載體基板的技術是在焊盤之間使用金屬-金屬焊接或熔合，這與現有技術中常常用于此用途的環氧樹脂粘結相比更穩固。也可以使用其他接合方法，如毛細焊接。此外，不同的部分可以預先在一個相對較短的時間內以模塊化的方式分別制造和組裝，從而能夠在制造環境中使產量提高，并降低了成本。應該指出的是，本發明原理是通過使用平面觸點描述的，同樣的原理可以應用到其他使用電線或帶狀接合的可表面安裝的VCSEL陣列。然而，熟悉這些領域的技術人員能夠理解與其他連接器選項相t匕，平面觸點所具有的優點(描述在美國專利申請號13337098，Seurin等人，2011年12月24日提交)。從VCSEL裝置的光發射通常是(但并不總是)高斯狀窄波束，在這個意義上，光束的大部分能量集中于其橫向分布的中心。在許多應用中，特別是在照明裝置應用中，是經常需要對VCSEL裝置的輸出光束成形的。Seurin等人于2011年12月24日提交的美國專利申請號13337098公開了不同的方法來成形VCSEL輸出光束。圖18示出了一些的光束成形的方法的示例性實施例，可以結合參照圖15，圖16和圖17中描述的陣列模塊使用。實施例18a, 18b和18c中的元素所使用的標記與圖15,圖16和17中所示的每一個元件的參考標號基本類似。因此，由類似的附圖標記表示的元件將不會詳細描述。更具體地，在圖18a所示的實施例包括一個陣列芯片部分1800和載體基板部分1810。陣列芯片部分基本上是與參考圖15a描述的類似的。這樣的描述將不再重復。載體基板1810包括一個基板1811，其一側涂有防反射層1812。此外，具有與芯片陣列窗口 1808對準的窗口的金屬化層1814被設置在陣列芯片附近的防反射層上。窗口周圍形成金屬焊盤的金屬化層用于接合部分1810和1800。與參照圖15a中描述的光學陣列不同，上述基板部的頂部發射表面被構造成具有光束成形的光學部件，例如擴散器1815，而不是第二防反射層(圖15a的1513)。其結果是，陣列模塊的出射光1809是擴散的。在一些其它的應用中，例如，除了減少散斑，擴散器也用于增加該陣列的發散角到一個預定數字。圖18a中所示的實施例是特別適合于首選是均勻的擴散照明圖案的應用，例如，用于周邊監測的安全性照明，其中用激光光源照射的視場與相機的視場相同，或用于三維成像或姿勢識別的照明，其中需要照明與相機發散角相匹配的一定發散角的矩形視場。此外，1815可以是其它裝置，例如衍射或全息光學部件。雖然VCSEL發射的發散角是相當小的(一 10-15° ),但是VCSEL的輸出仍然從出射面開始擴散到一個大的距離。作為結果，在離上述照明表面一個大的距離處，從模塊發射的光可能不能被均勻地聚焦在一個大的表面。在圖18b中所示的具有一個陣列芯片1800和一個透明的載體基板部1811的本發明的另一個實施例中，載體基板的頂部發射表面部分包括一個附加的光學部件，例如微透鏡陣列1816，陣列中的每個微透鏡對準陣列芯片上的與之相應的發射窗1808。每個陣列芯片窗口具有各自的微透鏡的一個優點是準直發射光束和減小發散角度。設置在該陣列芯片上方的微透鏡高度可以被預先確定，并精確地由例如載體基板1811的厚度控制，使得對從相鄰的VCSEL發射的單獨的光束使用一個相應的微透鏡來準直，填充了相鄰的光束間的黑暗空間。其結果是，即使是在遠離陣列模塊相當大的距離處，整個陣列模塊的整體發光束被均勻地分布。該實施例可以特別適合用于陣列模塊被配置為泵浦固態增益介質的應用，如在van Leeuwen等人于2012年02月09日的美國專利申請號13369581中所描述的。在一個圖18c所不的替代實施例中(否則相同于圖15a參考所不),一個附加的光學部件，包括具有微透鏡陣列1826的載體基板1820，被配置在載體基板1811和陣列模塊1800的上方。這個微透鏡陣列被定位在預定的高度，其中陣列中的每個微透鏡與發射窗口1808對齊。本實施例的一個優點是，預制的微透鏡陣列，可以被添加或接合到現有陣列模塊，例如，類似于圖15a中所示。一般來說，載體基板可以包括，但不限于，玻璃，藍寶石，金剛石等。雖然本實施例中描述的原理是參考頂部發射陣列模塊，并不排除其他實施例中的其他類型陣列模塊。此夕卜，具有附加的光學部件的基本思想被使用幾個有代表性的實例所表達。它不應該被理解為，其他類型的適合于光束成形的光學部件被排除。在一個替代實施例中，尺寸大的陣列模塊是通過按照用于不同的應用的預定的安排電連接的多個陣列芯片來產生的，如在圖19a和19b所示。多個陣列芯片的連接可以發生在晶片級的加工，也可以通過組裝在一個公共透明載體基板上。雖然圖19a和19b示出了多個陣列芯片，為清楚起見，只有一組元素被標記。此外，在圖19a和19b中，相同的元件或功能類似的元件用相同的參考標號標記，除非另有說明。為了保持簡短的描述，在圖19a和19b中相同的兀件將被一起描述,只有兩個實施例之間的差異將被分開描述。更具體地，示于圖19a和19b的陣列模塊包括多個可表面安裝的陣列芯片1900，基本上類似于參考圖13a，13b，13c和13d中描述的那些。可表面安裝的陣列芯片將不再被詳細說明。陣列芯片可在一個公共透明載體基板1910上按預定的圖案在晶片級被電連接(或裝配)。同時參照圖19和圖15，載體基板是基本上類似于例如參照圖15a所描述的部分1510。特別是，部分1910包括一個透明的分別在頂部和底部涂有防反射層1912和1913的載體基板。金屬化層1914被設置在頂部防反射層1912上。在金屬化層上選擇性地創建窗口，以匹配陣列芯片上的相應的發射窗口 1908 (只有一個被標記)。窗口周圍的金屬化層1914的其余部分被使用作為接合盤用以匹配陣列芯片上的相應的接合盤1907 (僅一個標記)。用本領域中公知的幾個選項來創建窗口和金屬焊盤，可以通過選擇性蝕刻，或通過選擇性沉積的方法，并且將工作得同樣好。載體基板被設計成容納多個陣列芯片，相鄰陣列芯片之間被間隙1922 (僅一個標記)或凹槽隔開。陣列芯片彼此間可以是電隔離的，并聯電連接，或者可以通過使用放在隔離材料1929以上的金屬軌道1928而被串聯連接，例如使得一個陣列芯片的底部端子將與相鄰陣列芯片的頂部端子串聯連接。可以設計在基板上的金屬化圖案1914來連接陣列芯片以達到所希望的配置。隔離材料1929可包括，但并不限于，例如光刻膠，或聚合物，如在本領域中所公認的。雖然包括多個陣列芯片的示例性陣列模塊在參考中被描述為頂部發光型的可表面安裝的陣列芯片，但是這些原理可以擴展到底部發光型芯片。此外，雖然在這個例子中的載體基板1910被示出為一個透明的窗口，它也可以包括在圖18中所示的其他光學部件，如一個擴散器窗口，微透鏡陣列等。熟悉本領域的技術人員將能體會到，構造包括光學部件的陣列模塊的每一方面是可以以模塊化的方式實現的，從而提供顯著的設計選擇的靈活性，且易于擴展到高功率模塊。本發明的一個重要方面是如在圖19中所示的陣列模塊可以完全以模塊化方式在晶片級處理構造。在本發明的一個優選的實施例中，多個陣列模塊被在單一晶片上單塊地制作，其中每個模塊包括一個或多個以所希望的配置連接的陣列芯片。現在同時參照圖13和圖19，在外延生長步驟，晶片被首先處理用以構造至少一個反射器和在整個晶片上的發光區域。第二反射器可按照設計要求在一個或兩個步驟構成，例如，如果所述第二反射鏡是一個單一類型的反射器(圖13)，或一個混合反射。在這個特定的例子中，可以通過使用選擇性金屬化或選擇性刻蝕來定義陣列芯片和按照配置所需的陣列芯片之間的互連(即串聯或并聯連接)，以單塊地構造出光側觸點。然后可將處理過的晶片接合到一個單獨制備的透明載體基板。可以分別加工載體基板來構造將與陣列模塊晶片上的相應的元件基本匹配的窗口、凹槽和接合盤。使用在本領域中眾所周知的金屬-金屬接合、毛細接合、焊料焊盤接合或任何其他使用熱，壓力或它們的組合的接合方法，載體基板被接合到整個陣列模塊晶片。在另一種變化中，接合到載體基板的陣列模塊晶片，可以被進一步處理，例如，基板可以被顯著減薄，或完全除去，以防止在基板中對發射光的吸收，并用于提供更好的熱管理。非發光側的電觸點可以在陣列模塊與載體基板的接合之前或之后制作。可以理解的是，除了這里所描述的示例性的序列之外，在本領域中眾所周知的許多處理選項也可實踐本發明，并且不排除在本發明的廣泛的框架之外。有利的是，這里所描述的原理為以模塊化的方式建設或擴大VCSEL陣列照明器提供多種設計選擇和擴展選項。例如，在一個變型實施例中，一個陣列芯片中的VCSEL裝置可以配置在任意的陣列圖案，而不是規則的陣列圖案，從而與被照射的區域的任何形狀和/或尺寸相符合。陣列芯片可以有許多不同的方式形成電連接(串聯或并聯)來擴展陣列模塊的大小，或者構造若干陣列模塊來照射任何任意形狀的區域。此外，可選的光學部件，包括但不限于，光束成形元件，如擴散器，微透鏡或微透鏡陣列，可以進一步接合到載體基板，已經在圖18參考中描述了。接合的晶片可以被切割，以產生較小的陣列模塊作為單獨的應用模塊，或可以被組裝在一個公共熱基板或一個散熱裝置，以產生較大尺寸的陣列模塊。參照圖15，圖16，圖17和18中描述的陣列模塊，特別適合用于高產量的制造環境中，從而大大減少了高品質的照明器模塊的成本。作為一種替代方法，可以首先從處理過的晶片上分離不同尺寸和形狀的陣列芯片，然后根據應用，每個陣列芯片可以平鋪在一起，從而構造成一個預定的形狀和/或尺寸的陣列模塊，并連接成一個規定或要求的電結構，用于獲得所希望的輸出功率和用于照明表面/對象的形狀。然后在一個步驟中一個公共的透明載體基板接合到整個平鋪的陣列芯片的布置。這種方法的一個優點是可以從預制的陣列芯片來構造一個模塊。熟悉這些領域的技術人員將能了解，包括電力和熱管理的大范圍的設計選擇包括在本發明的大框架的范圍內。VCSEL照明器模塊可表面安裝的VCSEL陣列芯片或陣列模塊，如在前面的章節中描述的，可以以許多不同的方式組裝，以構造一個照明器模塊。示例性照明器模塊的不同的實施例示于圖20a, 20b和20c中。基本上相似，或者具有基本上相似功能的兀件，都使用相同的參考標號標記。為了方便起見，一個一般化的描述被參照圖20a中所示的實施例呈現，但是，它對在圖20b和20c所示的實施例是同樣相關的。特別是，圖20a中所示的照明器模塊包括:具有一個或多個可表面安裝的陣列芯片的陣列模塊2002，參照圖13，圖15，圖16，17和18的前面描述。這樣的描述將不再重復。可表面安裝的陣列模塊可以被接合到熱基底2001用以進行有效的散熱。針對此目的，在Seurin等人于2011年12月24日提出的美國專利申請N0.13337098中所描述的不同類型的熱基板將同樣有效。陣列模塊端子2010和2020分別被接合到熱基板2001的頂部和底部表面上的環繞的接觸盤2003和2004。在圖20b中所示的替代實施例中，通過使用分布在熱基板2001的頂部和底部表面之間的通孔2005 (只有很少的標記)，熱基板的頂表面上的接觸盤2003和2004被電連接到相應的底部接觸盤。熟悉本領域的技術人員應當清楚，可以使用如在圖1-6中描述的不同的基底配置。陣列模塊的接合可以用焊料，熱，壓力或它們的組合，眾所周知它們比線或帶狀接合接觸(美國專利申請號13337098，Seurin等，2011年12月24日的提交中有描述)更可靠和成本有效。陣列模塊2002可進一步使用透明的聚合物來封裝，例如為了保護發射表面。雖然聚合物封裝在本領域中是眾所周知的，但是在圖20a和20b中所示的照明器模塊中，選擇和采用所述透明聚合物以便提供附加的光學功能。在圖20中所示的示例性實施例中，封裝2012設計成充當透鏡。透鏡半徑和陣列模塊上方的高度是預先確定的，從而從封裝的照明器模塊發射的光2009有所選擇的模式，以適應特定的應用。例如，為在離開所述照明器模塊的一個相對大的距離處獲得均勻的照明圖案，聚合物封裝透鏡被設計為一個準直儀的功倉泛.。在圖20c中所示的變型實施例中，陣列模塊2002是在端子2010和2020處被表面安裝至印刷電路板(PCB) 2021上的電焊盤2003和2004。印刷電路板2021包括向陣列模塊提供驅動電流和/或控制功能的電子電路(在此視圖中未可見)。在本實施例中，PCB的表面上提供的透明的聚合物封裝對陣列模塊和相關聯的電子電路提供保護。在圖20中所示的實施例是特別適合作為獨立的低功耗的發光器用以照明小的表面區域。小型低功率的便攜式照明器模塊，不需要額外的散熱安排，例如可被設計為使用電池操作。為了獲得更高功率的照明器或照明大表面區域，通過在一個公共透明的載體基板平鋪多個陣列來構造陣列模塊，與參照圖19描述的類似。這樣的陣列模塊可以被以下方法構造:通過在晶片級的處理時整體式地平鋪所需數量的陣列芯片單塊，然后通過整體式地將集成的陣列模塊接合到載體基板，或在一個公共載體基板上平鋪單獨的模塊。圖21中所示的一個例子是使用四個陣列芯片的陣列模塊。圖21示出的在頁面的左側上的示意性平面視圖2100，和在頁面的右手側上的分別在平面視圖中所示的線AA’，BB’和CC’處投射的(每個從以前的橫截面圖旋轉90度)的三個不同的橫截面視圖部21a，21b和21c。為便于描述和避免重復，基本上相似的或提供基本類似的功能的元件使用相同的標號標記。更具體地，圖21中所示的照明器模塊包括四個陣列芯片2102，單塊地布置在一個公共基板(圖中未示出)上的一個2x2的陣列圖案。在此示例性的模塊中，發射光是一個正方形的區域，這是特別適合諸如用于照明屏幕，讀出，或背平面應用。在發射側，單塊2x2陣列被接合到載體基板2111上。載體基板包括一個金屬化層，在金屬化層上具有創建的窗口，以與陣列芯片上的窗戶相配合。為了接合到陣列芯片，載體基板被翻轉，用以將所述基板上的金屬觸點與陣列芯片上的金屬焊盤匹配。在這個特定的例子中，四個陣列芯片是使用連接橋2114被串聯電連接的，連接橋2114是構造在載體基板2111和額外的連接器2128上的，額外的連接器2128支承在相鄰陣列芯片之間的間隙中的絕緣層2129(在平面視圖中不可見)上。在非發光側上，單塊2x2陣列的每個陣列單芯片上構造單獨的接觸盤2013。接觸盤可以被布置以便串聯連接陣列芯片。接觸盤2103用于表面接合公共基底2101上的相應的焊盤上的2x2陣列。在陣列模塊上的兩個端子分別通過兩個金屬帶2110和2120(未在剖面圖中)連接。公共基底可為但不限于熱基底，包含一個或多個電子電路的PCB或它們的組合。附加的散熱裝置可用于陣列模塊的空氣或液體散熱。如前述，接合方法包含但不限于焊接，熱接合，壓力接合，毛細管接合，或其組合，用于不同的接合步驟。根據本發明的模塊化構造陣列模塊的優點之一是陣列模塊并無形狀限制，可為任何形狀，和/或可以被平鋪以適合與要被照射的區域或對象一致的任何規則或任意幾何形狀。平鋪陣列芯片的另一個優點是獲取較高的輸出功率，或以模塊化的方式覆蓋更大的照明區域。在圖12及22b中示出陣列模塊的兩個例子，陣列模塊分別被配置在一個1X6的線性陣列和一個2x6的二維陣列，使用方形陣列芯片發出矩形區域的光。此配置中的特定應用是例如側面泵浦固態增益介質的條。更具體而言，方形陣列芯片2202分別被配置在一個1X6的線性陣列和一個2x6的二維陣列，使用參考圖21中描述的標準的處理步驟。為便于描述，在圖12a和22b中，實質上相似或提供實質類似功能的元件都標有相同的標號。透明載體基板2211包含金屬化層，具有窗口以匹配陣列芯片上的窗口，使用金屬接觸盤2214接合到陣列芯片的發光側。如前述，接合包含但不限于焊接，熱接合，壓力接合，毛細管接合，或其組合。有利的是，大量的模塊可以整體式地構造在單個晶片上，接合到一個公共載體基板，并且如果需要的話，可以通過切割成品模塊被分離。陣列芯片包括用于表面安裝至公共底基2201的接觸盤2203。公共基底可包括但不限于熱基底，包含對電子電路的PCB等。陣列芯片串聯電連接，如參考圖21所述，以便使用在分別連接到陣列模塊的兩個端子的墊連接器2210和2220之間施加的驅動電流一起操作它們。陣列模塊的兩個端子分別通過兩個金屬帶2110和2120(未在剖面圖中)連接，例如以提供電連接以施加驅動電流引線。電連接器可置于模塊的相對端處(圖22a)或位于模塊的同一側(圖22b)。在本發明的另一個實施例中，陣列芯片被配置成圓形圖案，如在圖第23和23b所示。在圖23a所示的一種布置中，使用在一個公共基板上整體式地構造的四個四分之一圓形陣列芯片2302配置發射圓形區域的光的一個陣列模塊。包括電接觸盤2314 (為清楚起見，僅一個標記)的一個透明的載體基板接合到這樣的陣列芯片，以使得陣列芯片以所需的配置電連接，例如，對于此特定實施例為串聯。整個模塊被切割，并接合到焊盤2303。在圖23b所示的替代布置中，使用在在載體基板上串聯連接的中心圓形陣列芯片2304和以半環形步驟的同心圓(2302)配置發射圓形區域的光的一個陣列模塊。陣列芯片被整體式地構造并接合到載體基板2311，其中載體基板2311包括具有適當的幾何形狀的發射窗口和金屬化焊盤2314，以匹配陣列芯片的幾何布置。接合到載體基板的陣列芯片被切割和組裝在接合盤2303上。發射區域在圖23a和23b中所示的實施例中為圓形，并且是特別適用于例如端泵浦固態增益介質。應當指出，在圖21，圖22和23所示的實施例被描述為具有串聯連接的陣列芯片。此配置是特別適用于陣列模塊的低電流操作，還提供高的光輸出功率。在一般情況下，陣列模塊可以首先在公共基板上構成，每個陣列芯片之間具有合適的電連接，根據光輸出功率的要求，串聯或并聯。將組合的陣列模塊隨后可以一次全部接合到一個單一的透明基板載體。另外，特別對于并聯連接的陣列模塊，單個陣列模塊可分別逐個或以較小的組連接到載體基板。這些不同的選擇，此前已經參考圖19描述了。還應該指出的是，顯示在圖21，圖22和23的載體基板作為一個簡單的透明光學窗口。它不需要在所有應用程序中都是這樣。如上參照圖19A-19C所述，在透明載體基板的頂部表面還可以包括附加的光學部件，如一個擴散器，一個單一的透鏡，微透鏡陣列，等，以提供光束成形。光學部件可以被布置在所述透明窗口的整個表面上，或根據與每個應用有關的光束成形要求以其它安排被布置。雖然只有僅僅顯示和描述了少數示例性替換實施方式，但是其他變化可以對本領域的技術人員是顯而易見的，并且可以在本發明的框架內實施。VCSEL陣列照明器模塊上一節中描述的可表面安裝的VCSEL陣列模塊特別適合于配置照明器模塊。陣列芯片或陣列模塊可以使用在本領域中眾所周知的熱和/或壓力接合方法被安裝在大面積高導熱系數的基底上，例如熱基底。高導熱系數的基底的材料，包括但不限于，如銅，鋁等金屬，或如氧化鈹(BeO)，氮化鋁(AlN)，氧化鋁(Al2O3)等陶瓷。
與大面積的高導熱性基底熱接觸的表面安裝的模塊陣列，提供用于快速的散熱的大的表面，這可通過空氣冷卻，特別是對于小的照明模塊，或通過在一個或多個微流路冷卻器中循環液體冷卻劑。在vanLeeuwen等2012年2月9日提交的美國專利申請號13/369,581中描述了不同類型的冷卻裝置，可容易地適合于使用根據本發明的可表面安裝的陣列模塊構建照明器模塊。在下面的章節中，將描述幾個示范性的照明器模塊的實施例，其使用根據在前面部分描述的原理配置的陣列陣列芯片或陣列模塊。具有參考圖21描述的四個VCSEL陣列芯片的陣列模塊被組裝以構造根據圖24所示的本發明構造的照明器模塊。更具體而言，圖24a顯示了對所述照明器的等距視圖，并且在圖24b中示出照明器的橫截面視圖。基本相似的元件使用相同的參考符號來標記。在圖24中所示的照明器模塊包括一個陣列模塊2400，基本上類似于參考圖21描述的陣列模塊2100。這樣的描述將不再重復。陣列模塊包括電引線2410和2420，分別連接到陣列模塊的兩個端子。在本實施例的照明器模塊中，沒有任何引線或帶狀的接合的表面可安裝的陣列模塊2400直接安裝在銅熱沉2421上。另外，熱沉還包括一組冷卻熱沉2422 (圖24b中不可見)，以便通過從風扇2423的空氣循環進行快速的熱傳遞。在此示例中描述的直接表面安裝的一個優點是避免由于引線或帶狀接合的突然斷開引起的設備故障引線。圖24c顯示類似于圖24a所示的照明器模塊的性能特征。更具體而言，在圖24c中，裝置電壓(在右手側Y-軸)被繪制(虛線圖)作為施加的驅動電流(X-軸)的函數，并且光輸出功率(在左手側Y-軸)被繪制(實線圖)作為施加的驅動電流的函數。對于一個準連續波(QCW)操作獲得在此圖中所示的數據。示范性照明器模塊通過以200微秒/IHz的占空比施加250A的電流來產生約800W的光功率。值得注意的是，電壓和斜率效率是包括串聯連接的四個陣列的整個陣列模塊的特征。QCW操作的一個優勢是裝置壽命顯著延長。這里描述的工作條件是示范性的，它應該指出的是，照明器模塊可以工作在脈沖也CW模式運作，但具有不同的性能。圖25示出了示例性照明器模塊，用于提供高的光輸出功率。特別是，圖25和25b分別顯示被配置為高的光輸出功率的照明器模塊的一個實施例的等距圖和橫剖視圖。在圖25a和25b中標有相同標號的元件是相等的或提供相似的功能。更具體而言，在圖25a中，陣列模塊2500使用9個串聯連接的方形陣列芯片構成。陣列芯片通過一對高電流電容量的電引線2510和2520連接到電流源極驅動器。電引線未示出在圖25b的橫截面視圖中。在此具體照明器模塊中，一個3x3陣列圖案被使用公共基片上單塊構成的九個陣列芯片配置并使用透明的載體基板上提供的連接器以所需的配置電連接(在此具體實施例中，例如串聯)，已經參考圖21，圖22和23進行了描述。單獨的模塊可以被切割和接合到一個公共基板。公共基板(此處未顯示)可以包括，但不限于，熱基底，具有金屬觸點的陶瓷基板，印刷電路板等。包括多個冷卻風扇2522的熱耗散裝置2521設置用于利用風扇2523空氣冷卻陣列模塊2523。另一個選項，包括一個透明的窗口 2525的一個保護外殼2524可另外提供用于保護光學模塊。雖然本實施方式中僅顯示為具有保護窗口 2525，但是可以進一步提供參考圖18和圖19中描述的附加的光學部件以用于進一步的光束成形要求。為更高的輸出功率配置的陣列模塊，其他的冷卻方法是優選的。在本發明的一個實施例中，液體冷卻的微通道冷卻器可用于提供快速的散熱。液體冷卻的照明器模塊的實施例如圖26所示。在圖26a中，包括以2X6圖案布置的在兩個相對端上具有電觸點2610和2620的陣列芯片的模塊2600被示出。陣列模塊基本上是參照圖22b描述的類似，這樣的描述將不再重復。完成的陣列模塊被組裝在包括一對微通道冷卻器2621的熱基底上,一對微通道冷卻器2621附接到包括入口和出口端口 2624的歧管(manifold) 2622以循環液體冷卻劑。在圖26b所示的實施例是類似于圖26a中所示的一個，除了陣列模塊2600。在該示例中，基本上類似于圖23a中所示的一個圓形陣列模塊被組裝在基底2621上。陣列2610和2620的兩個電觸點并排布置。此示例中的基底也基本上類似于圖24a中所示的。在本實施例的基底接合到具有入口和出口端口 2624 (在此視圖中只有一個可見)的液體冷卻的熱沉2621。圖26b所示的照明器模塊的細節更清楚地在圖26c中所示的橫截面視圖中看到。統一標記為2600的陣列模塊接合到基底2621。在此視圖中，只有一個到陣列模塊的電觸點2610是可見的。然后，整個組件被接合到具有用于通過一個端口 2624循環液體冷卻劑的布置的熱沉2622。雖然描述的實施例是使用一個簡單的液體冷卻的熱沉，但是具有較大的陣列模塊的發光器可以是在本領域中是公知的具有其他類型的液體冷卻的熱沉的組件。雖然圖25中所示的高光功率的照明器的模塊的包裝不同于前面參照圖24和26描述的低光功率的照明器模塊，其中透明窗口接合陣列模塊本身，但是構造照明器模塊的基本原理仍然是相同的。在變型實施例中，在使用較小的陣列模塊的實施例中的窗口 2625或等效物(分別在圖21，22和23的2111，2211，2311)可以包括但并不限于，一個擴散器表面，額外的光學部件，例如前面參照圖18描述的透鏡或微透鏡陣列等。該擴散器表面可被設計為提供光學功能，以適應特定的應用，例如，隨機散射，或提供用于增加發散的光學衍射或全息表面等，僅舉幾例。VCSEL陣列模塊的系統級集成可表面安裝的VCSEL陣列芯片和陣列模塊的一個重要方面是，它們可以被容易地與電子電路集成在公共平臺上以配置獨立的照明器模塊或在應用中的完整的系統和設備，該應用包括但不限于，連續波(CW)或準連續波(QCW)照明，脈沖照明，激光雷達應用，成像，3D姿勢識別，醫療應用，如脫毛，祛皺，光動療法，去除脂肪，信號彈，汽車點火器，僅舉幾例。電子電路可以包括一個簡單的電流驅動電路來操作陣列模塊或用于完整的系統中的應用的更復雜的控制和處理電路。在圖27中示出說明一個簡單的獨立的照明器模塊的原理的示例性實施例。更具體地，示意圖2700示出了照明器模塊的平面圖，所述照明器模塊包括一個可表面安裝的陣列模塊2702和一個電子電路2721。表面可安裝的陣列模塊2702可以類似于參考圖15，圖16，圖17，18和19中描述的，或者可以是一個可表面安裝的陣列芯片，類似于參照圖13a-13d中所描述的那些。在這個特定的例子中的電子電路是一個用于為陣列模塊供電的電流驅動器。此電子電路采用分別位于一個高速PCB2701的同一側上的金屬接合盤(或跡線)2703和2704，電連接到陣列模塊。將陣列模塊與電流驅動器集成的一個好處是，提供低的電感和用于連接引線的電容引線，導致照明器模塊的非常快的上升和下降時間操作。圖27a和27b顯示2700分別沿兩個彼此直角選擇的、不同的投影線AA’和BB’的橫截面視圖。為了清楚起見，相同的附圖標記用來標記相同的元件。在圖27a和27b中，將陣列模塊集體地示出為托架2702。陣列模塊和電子電路可以用在本領域中公知的熱和/或壓力接合的方法在位于PCB的同一表面上的各個金屬焊盤2703和2704處表面安裝在PCB上。值得注意的是，沒有從陣列模塊的頂表面或電子電路的接觸的電線或色帶接合是必要的，從而減少電接觸故障的風險，并且特別是對于接觸點處的溫度上升可能相當高的高輸出功率的發光器。在此示例性實施例中示出的陣列模塊具有單一的方形陣列芯片，然而，具有多個陣列芯片(圖19和圖21中示出)的其他結構，也可以用于獲得更高光功率的照明器模塊。公共平臺的選擇可以由照明器的尺寸和對除熱的要求決定。例如，PCB可以被安裝在熱沉上，熱沉包括一個高的熱傳導性材料。對于高輸出功率的裝置，公共平臺可以是由用于快速散熱的高導熱率的材料構成的印刷電路板。對于更高的集成度，例如其中多個電子電路都可以與一個或多個陣列模塊集成，可以使用多級PCB。這樣的一個例子示出在圖28中。為了清楚起見，示出的實施例包括一個陣列模塊和一個類似于圖27中所示的例子的電流驅動電路。然而，同樣的原理可擴展到更高級的集成。特別地，與托架集體示出的陣列模塊2802以及和電流驅動電路2821被表面安裝在具有多級跡線的PCB 2801上。使用位于PCB的一層上的一個公共接合盤2803，陣列模塊被連接到所述電子電路，而所述第二接合盤2804的連接使用位于較低層處的跡線2805。這方面在多個電子電路都必須與一個或多個陣列模塊連接的應用中是特別有用的。此配置的優點是，模塊的散熱可以更有效率。例如，承載更高的電流的跡線可以位于更接近熱沉的一層，而承載低電流信號，例如提供傳感器或控制功能的信號，的跡線位于進一步遠離熱沉的表面上。本領域的技術人員將能夠理解，在本發明的廣泛的框架內提供的設計選項的靈活性是巨大的，尤其是對于高光功率的照明器模塊。在本發明的構造符合不同形狀和要被照射的區域尺寸的光學照明器中的設計選擇符合寬范圍的應用。下面將給出使用在前面描述的光學模塊的高度集成的幾個例子。在圖29中示出一個高度集成的示例。更具體地，具有提供不同的功能的多個電子電路的一個或多個陣列模塊可以被配置在具有多個導體層的PCB上。圖29中所示的一個集成的照明器系統的平面視圖2900包括:在一個公共印刷電路板2901上與電流驅動器電路2921集成的陣列模塊2902，與參照圖27和28描述的一個類似。此外，光學傳感器或相機模塊2922連同它的驅動電路2923和一個微處理器裝置2924與陣列模塊集成以組裝一個緊湊的運動或姿勢識別裝置。在本發明的一個實施例中，相對薄的外形的運動或姿勢識別裝置如圖30所示。此實施例對于消費電子設備中的應用是特別有用的，消費電子設備包括但不限于，蜂窩電話，平板計算機，計算機顯示器，數字手表，便攜式數字媒體播放器，游戲控制臺等，僅舉幾例。此裝置和它的放大視圖分別示出在圖30a和30b中。在圖30b中，裝置被封閉在一個外殼3000中，外殼是15x20平方厘米的面積，通常是< 0.5英寸厚，如由雙箭頭3004所示。從裝置3009發射的光照射對象3010。例如,在一個姿勢識別應用中，被照射的對象是一個人的面部。然而，該應用并不限于面部姿勢，并且可以應用于檢測到任何其他姿勢或運動。可以參照圖30b中所示的裝置的放大視圖理解該裝置的操作的原理。裝置3000包括與成像傳感器或照相機裝置3022和表面安裝在公共印刷電路板3001上的電子電路3021集成的照明器模塊3002。印刷電路板可任選地被安裝在熱傳導的底座3003上。具有所有組件的印刷電路板封裝在殼體3020中，殼體3020包括分別與所述照明器模塊(發射窗口)和傳感器或照相機裝置(接收窗口)對齊的兩個窗口 3025和3026。在照明器模塊中的VCSEL裝置可以被布置成一個預先確定的圖案，它定義后面將描述的發射光的網格。光學部件從所述照明器模塊所發射的光3009使用光學部件被放大，并投射到已知圖案的對象。使用收集光學部件將從對象反射的光通過透明窗口 3026引導到成像傳感器或照相機裝置。由成像傳感器或照相機裝置檢測反射光并進行分析，以確定對象位置和由于運動的任何變化。從照明器模塊所發射的光的一個更詳細的圖如圖31中所示。更具體地，圖31a示出了從所述照明器模塊發射的光3109的詳細的網格圖案，圖31b示出分別包括接收光學裝置3105和接收窗口 3126的檢測系統的示意圖。接收光學裝置可以是一個簡單的聚焦透鏡，或可包括其它的光學部件，可以是單獨的或與接收窗口、背后的成像傳感器或照相機裝置集成。現在同時參照圖30和31，在被照射區域3109內的對象3110不存在的情況下，成像傳感器會將照明區域的網格圖案3109成像。因此照明區域的網格圖案的每個元件的參照圖像被記錄和存儲在包括在裝置的電子電路中的處理器(未示出)中。在對象存在的情況下，成像傳感器將記錄從對象反射的光的變化，從而對對象成像。任何由于運動引起的反射光的變化將被記錄，并與參考圖像相比較，來檢測運動或姿勢。記錄和圖像處理，也可以實時執行或在處理器中使用存儲的數據執行。可以很容易理解，這里描述的裝置的緊湊的外形尺寸和便攜性在某些應用場合是特別有利的。從前面各節中所提供的描述，可以理解的是，本發明的原理可以應用于構造一個寬范圍的具有高或低的輸出光功率的裝置，用于照射幾乎任何形狀和尺寸的表面。設計的模塊化方面通過在大量生產模塊對于易于擴展和降低制造成本是特別有吸引力的。這里所公開的原理的這些和其它優點將對本領域的技術人員是明顯的。引線雖然使用沒有引線或帶狀接合觸點的可表面安裝的VCSEL陣列來說明本發明，但是總體原理也可以適用于發射側觸點是被接合以構造可表面安裝的配置的引線或帶。雖然已參照優選實施例對本發明進行了詳細描述，但是本發明的一個完整的框架被設置在這些實施例的各種組合和子組合中。在這些描述中體現的原理的應用將導致本領域技術人員想到的許多設計選擇，并且可以產生大量不同的設備，都隱含這個大框架范圍內。對本發明的所有這樣的變化和修改都預期涵蓋在所附的權利要求書中。
權利要求
1.一種光學照明器模塊，包括: a.具有一大面積端子和第二端子的垂直腔表面發射激光器VCSEL;和 b.基底，包括彼此電隔離并位于第一表面上的第一和第二接合盤，VCSEL的大面積端子被接合到第一接合盤，使得VCSEL與基底熱接觸，第二端子被電連接到第二接合盤，其中第一和第二接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的相應的第一和第二接合盤，基底的第二表面與基底的第一表面相對。
2.如權利要求1所述的光學照明器模塊，其中基底接合到熱沉，使得VCSEL與熱沉熱接觸。
3.如權利要求1所述的光學照明器模塊，其中基底的第一表面上的第一和第二接合盤被包裹在基底的一個或多個邊沿周圍，以使得基底的第一表面上的第一和第二接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的相應的第一和第二接合盤。
4.如權利要求3所述的光學照明器模塊，其中基底接合到熱沉，使得VCSEL與熱沉熱接觸。
5.如權利要求1所述的光學照明器模塊，其中基底的第一表面上的第一和第二接合盤被包裹在基底的一個或多個側面周圍，以使得基底的第一表面上的第一和第二接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的相應的第一和第二接合盤。
6.如權利要求5所述的光學照明器模塊，其中基底接合到熱沉，使得VCSEL與熱沉熱接觸。
7.如權利要求1所述的光學照明器模塊，其中位于基底的第一表面上的第一和第二接合盤通過第一組和第二組通孔被電連接到位于基底的第二表面上的相應的第一和第二接合盤。
8.如權利要求7所述的光學照明器模塊，其中基底接合到熱沉，使得VCSEL與熱沉熱接觸。
9.如權利要求1所述的光學照明器模塊，其中位于基底的第一表面上的第一和第二接合盤通過多個第一通孔和多個第二通孔被電連接到位于基底的第二表面上的相應的第一和第二接合盤。
10.如權利要求1所述的光學照明器模塊，其中照明器模塊被配置為執行運動識別、姿勢識別、和三維感測中的至少一個。
11.一種光學照明器模塊，包括: a.多個垂直腔表面發射激光器VCSEL，其被布置為形成二維的VCSEL陣列，其在第一表面上具有發光表面并且在與第一表面相對的第二表面上具有接合表面，其中多個VCSEL中的每個VCSEL的第一端子被電連接到VCSEL陣列的第一端子，并且多個VCSEL中的每個VCSEL的第二端子被電連接到VCSEL陣列的第二端子；和 b.基底，包括多個彼此電隔離并位于第一表面上的接合盤，所述多個接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的對應的多個接合盤，使得陣列的接合表面與基底熱接觸。
12.如權利要求11所述的光學照明器模塊，其中基底接合到熱沉，使得VCSEL陣列與熱沉熱接觸。
13.如權利要求11所述的光學照明器模塊，其中位于第一表面上的多個接合盤被包裹在基底的一個或多個邊沿周圍，以使得位于第一表面上的多個接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的相應的多個接合盤。
14.如權利要求13所述的光學照明器模塊，其中基底接合到熱沉，使得VCSEL陣列與熱沉熱接觸。
15.如權利要求11所述的光學照明器模塊，其中位于第一表面上的多個接合盤被包裹在基底的一個或多個側面周圍，以使得位于第一表面上的多個接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的相應的多個接合盤。
16.如權利要求11所述的光學照明器模塊，其中位于基底的第一表面上的多個接合盤通過多個通孔被電連接到位于基底的第二表面上的相應的多個接合盤。
17.如權利要求11所述的光學照明器模塊，其中照明器模塊被配置為執行運動識別、姿勢識別、和三維感測中的至少一個。
18.一種光學照明器系統，包括: a.印刷電路板，其包括位于所述印刷電路板的表面上的多個傳輸線； b.多個垂直腔表面發射激光器VCSEL，其被布置為形成VCSEL陣列，該VCSEL陣列在第一表面上具有發光表面并且在第二表面上具有接合表面，其中多個VCSEL中的每個VCSEL的第一端子被電連接到該陣列的第一端子，并且多個VCSEL中的每個VCSEL的第二端子被電連接到該陣列的第二端子； c.電接合到印刷電路板的接合盤的基底，該基底包括多個彼此電隔離并位于第一表面上的接合盤，該陣列的第一和第二端子被電連接到基底上的相應的第一和第二接合盤，以使得陣列與基底熱接觸，并且位于第一表面上的多個接合盤被電連接到位于與基底的第一表面相對的基底的第二表面上的對應的多個接合盤；和 d.包括至少一個電流驅動器電路的電子模塊，該至少一個電流驅動器電路接合到印刷電路板，使得VCSEL陣列電連接到所述至少一個電流驅動器電路。
19.如權利要求18所述的光學照明器系統，其中基底接合到熱沉，使得VCSEL陣列與熱沉熱接觸。
20.如權利要求18所述的光學照明器系統，其中位于第一表面上的多個接合盤被包裹在基底的一個或多個邊沿周圍，以使得位于第一表面上的多個接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的對應的多個接合盤。
21.如權利要求20所述的光學照明器系統，其中基底接合到熱沉，使得VCSEL陣列與熱沉熱接觸。
22.如權利要求18所述的光學照明器系統，其中位于第一表面上的多個接合盤被包裹在基底的一個或多個側面周圍，以使得位于第一表面上的多個接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的對應的多個接合盤。
23.如權利要求22所述的光學照明器系統，其中基底接合到熱沉，使得VCSEL陣列與熱沉熱接觸。
24.如權利要求18所述的光學照明器系統，其中位于基底的第一表面上的多個接合盤通過多個通孔被電連接到位于基底的第二表面上的對應的多個接合盤。
25.如權利要求18所述的光學照明器系統,還包括外殼,外殼在第一表面上具有基底，其中印刷電路板接合到基底并且基底與熱沉熱接觸。
26.如權利要求18所述的光學照明器系統，還包括位于VCSEL陣列的第一表面上的透明區域，該透明區域使得從VCSEL陣列的表面發射的光通過。
27.如權利要求18所述的光學照明器系統，其中照明器系統被配置為執行運動識別、姿勢識別、和三維感測中的至少一個。
28.一種照明器模塊，包括: a.多個垂直腔表面發射激光器VCSEL，其包括位于VCSEL陣列的第一表面上的第一電觸點和位于VCSEL陣列的第二表面上的第二電觸點，VCSEL陣列被布置為形成二維的VCSEL陣列，其中光在垂直于第一表面的方向通過多個發射窗口發射； b.凹槽，位于與VCSEL陣列的第一表面相對的VCSEL陣列的第二表面上，該凹槽將VCSEL陣列與位于第二表面上的電接觸區域電隔離； c.電傳輸線，所述電傳輸線電連接位于VCSEL陣列的第一表面上的第一電觸點和位于第二表面上的電接觸區域；和 d.印刷電路板，包括一個或多個電子電路，該VCSEL陣列被表面安裝在印刷電路板上。
29.如權利要求2 8所述的照明器模塊，其中所述至少一個電子電路包括電流驅動器、圖像傳感器、照相機、控制器和處理器中的至少一個。
30.如權利要求28所述的照明器模塊，其中照明器模塊被配置為執行運動識別、姿勢識別、和三維感測中的至少一個。
31.如權利要求28所述的照明器模塊，其中印刷電路板包括至少兩個級別的導電路徑，用于連接一個或多個電子電路與至少一個陣列模塊。
32.如權利要求28所述的照明器模塊，還包括位于VCSEL陣列的第一表面上的透明的載體基板，載體基板包括具有多個窗口的電接觸層，該多個窗口與所述多個發射窗口對準。
33.一種照明器，包括: a.多個垂直腔表面發射激光器VCSEL，其形成單塊的二維VCSEL陣列，其中光在垂直于陣列的第一表面的方向通過多個發射窗口發射，包括: 1.位于VCSEL陣列的第一表面上的第一電接觸層； .位于該第一電接觸層上的透明的載體基板； ii1.位于與VCSEL陣列的第一表面相對的VCSEL陣列的第二表面上的第二電觸點； b.凹槽，位于VCSEL陣列的第二表面上，該凹槽使VCSEL陣列與位于第二表面上的電接觸區域電隔離； c.電傳輸線，電連接位于VCSEL陣列的第一表面上的第一電觸點和位于第二表面上的第二電接觸區域；和 d.印刷電路板，包括一個或多個電子電路，該VCSEL陣列被表面安裝在印刷電路板上。
34.如權利要求33所述的照明器，其中所述至少一個電子電路包括電流驅動器、圖像傳感器、照相機、控制器和處理器中的至少一個。
35.如權利要求33所述的照明器，其中照明器模塊被配置為執行運動識別、姿勢識別、和三維感測中的至少一個。
36.如權利要求33所述的照明器，其中印刷電路板包括至少兩個級別上的導電路徑，用于連接一個或多個電子電路與至少一個VCSEL陣列。
全文摘要
本發明涉及高速垂直腔表面發射激光器的表面封裝。具體地，本發明提供一種光學照明器模塊和光學照明器系統。該光學照明器模塊包括具有一大面積端子和第二端子的垂直腔表面發射激光器VCSEL。該光學照明器模塊包括基底，包括彼此電隔離并位于第一表面上的第一和第二接合盤。VCSEL的大面積端子被接合到第一接合盤，使得VCSEL與基底熱接觸。第二端子被電連接到第二接合盤。第一和第二接合盤被電連接到位于基底的第二表面上的相應的第一和第二接合盤，基底的第二表面與基底的第一表面相對。在各種實施例中，照明器模塊可以被配置為執行運動識別、手勢識別、和三維感測中的至少一個。
文檔編號H01S5/183GK103178442SQ20121056310
公開日2013年6月26日 申請日期2012年12月21日 優先權日2011年12月24日
發明者J·F·瑟里恩, C·L·戈施, 王清, L·瓦金斯 申請人:普林斯頓光電子學公司