一種集成式雷射光源照明設備的製作方法
2023-05-31 21:28:11
一種集成式雷射光源照明設備的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種集成式雷射光源照明設備，其包括集成式雷射源、耦合裝置、以及與耦合裝置間採用光纖連接的照明終端；所述集成式雷射源與耦合裝置之間設置有光控裝置，所述照明終端由雷射分路器，以及多個通過光纖連接至雷射分路器的光轉化裝置構成；所述集成式雷射源由半導體雷射源構成；所述光控裝置中包含有透光部位與遮光部位，透光部位相對於集成式光源的位置採用非固定方式；採用上述技術方案的集成式雷射光源照明設備，其避免具有高能量輸出密度的雷射直接激發螢光材料而引起的亮度過飽和，同時實現了需供電的雷射發生區域與照明區域的隔離，做到了安全照明。
【專利說明】一種集成式雷射光源照明設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種照明設備，尤其是一種集成式雷射光源照明設備。
【背景技術】
[0002]隨著能源需求越來越大以及全球資源的緊張，節能照明技術受到了前所未有的關注。其中LED照明裝置和雷射照明裝置由於其具有高效節能、環保等特點，已經越來越多的被應用到城市景觀照明、工業照明、家庭照明、汽車車前大燈以及各種遠距離夜視監控應用中。
[0003]目前固體照明較成熟的是LED照明，但LED照明存在成本過高，亮度偏低以及散熱不良引起的光效下降等問題，這些問題都是制約LED發展的重要因素。由於發光二級管單個發光單元的效率較低，為了獲得足夠亮度的光源，通常需要組合數十個乃至上百個發光單元。在發光單元的數量難以提升的前提下，提升單個器件的輸出功率已成為提高亮度以及降低成本最為有效的途徑。雷射具有能量密度高、方向性好等特點，特別是半導體雷射技術的發展，使得雷射照明技術向前踏進一大步。雷射二極體可用於替代發光二極體並配合螢光粉進實現超高亮度的白光輸出，從而解決目前LED照明裝置所面臨的亮度不足等關鍵問題。雷射的白光光源發光原理與LED類似，都是通過激發螢光粉，最後通過混色原理實現白光。
[0004]但是，現有的雷射照明技術存在以下缺陷:雷射能量輸出密度高，不適合直接激發螢光粉。因為當雷射集中照射在螢光粉上時，它們會存在明顯的亮度過飽和問題，即隨著入射輻射密度的提高，光學功率下降，因此不能很好的滿足某些應用的具體需求，現有技術還有待於改進和發展。
實用新型內容
[0005]本實用新型要解決的技術問題是提供一種雷射光源照明設備，其可以通過可調控的功率以及間隔照射的方式，避免雷射直接激發螢光粉存在的亮度過飽和現象；同時，其可實現供電區域與照明區域的隔離，從而實現安全照明。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型涉及一種集成式雷射光源照明設備，其包括集成式雷射源、耦合裝置、以及與耦合裝置間採用光纖連接的照明終端；所述集成式雷射源與耦合裝置之間設置有光控裝置，所述照明終端由雷射分路器，以及多個通過光纖連接至雷射分路器的光轉化裝置構成；所述集成式雷射源由半導體雷射源構成；所述光控裝置中包含有透光部位與遮光部位，透光部位相對於集成式光源的位置採用非固定方式。
[0007]對於半導體雷射器而言，在某一溫度下，當驅動電流高於閾值電流時，雷射器輸出雷射，且輸出功率隨著驅動電流的增大而迅速增加，並近似成線性上升關係。按照通常的定義，雷射亮度為單位面積上的光通量，而光通量則是與雷射輸出功率呈線性關係的物理量。因此，可以通過調節其供電電源的電流來實現對其輸出功率的控制，從而實現雷射亮度的調節。故而採用上述設計，其通過對集成式雷射光源照明設備工作電流的調控，即可實現其照明功率的調控。
[0008]作為本發明的一種改進，所述集成式雷射源中包含有光源基座，以及多個安裝在光源基座上的半導體雷射器；多個半導體雷射器的照射光線均交匯於一點，且交匯位置設置有準直透鏡。採用上述設計，其可通過準直透鏡將交匯的光線轉化為平行光線，從而實現照明方向的穩定性。
[0009]作為本發明的一種改進，所述光源基座採用矩形基座，安裝於光源基座上的半導體雷射器其光線照射方向均為水平方向；所述半導體雷射源與準直透鏡之間設置有聚光透鏡。採用上述設計，半導體雷射器的水平安裝方式使得多個半導體雷射器便於安裝與調試，從而可實現集成式雷射光源照明設備在生產與調試中的效率得以增加。
[0010]作為本發明的一種改進，所述光源基座中設置有朝向準直透鏡的球面凹槽，多個半導體雷射器均勻設置在球面凹槽內，每個半導體雷射器的光線照射方向均垂直於，球面凹槽中其所在位置的切面。採用上述設計，其通過球面凹槽實現了多個半導體雷射器光線的交匯，從而使得集成式雷射光源照明設備內部部件的數量減少，使得設備整體的便攜性，以及工作穩定性均有所提高。
[0011]作為本發明的一種改進，所述光控裝置包含有圓形遮光板，其邊緣部分設置有多個均勻分布的透光孔；所述遮光板中，位於最高位置的透光孔正對準直透鏡；所述遮光板圓心位置設置有中軸，中軸連接至電機。由於引起螢光粉過飽和的原因是螢光粉受到雷射激發的過程中，受激發而發光的響應時間相對雷射的連續照射的激勵時間過長，導致螢光粉來不及去激發而繼續停留在較高能級的水平上，而使得發光強度降低；故而採用上述設計，其可通過電機驅動遮光板轉動，從而通過遮光板，以及設置在遮光板上的透光孔間歇性遮擋雷射，進而防止雷射連續照射螢光粉而引起亮度過飽和。
[0012]作為本發明的一種改進，所述光轉化裝置由雷射倍頻器，以及端部設置有螢光材料的球形空心透明體構成；所述螢光材料由樹脂材料封裝固定於透明體內部。採用上述設計，雷射倍頻器可對雷射波長進行轉化，使其符合實際需要的波長；螢光材料可將雷射束轉化為可見光，從而實現照明的功效。
[0013]作為本發明的一種改進，所述光轉化裝置中，雷射倍頻器與球形空心透明體之間設置有由雙凹透鏡構成的光擴散裝置；所述螢光材料封裝固定於透明體的末端，且其厚度由透明體的端點位置向其四周逐漸減小。採用上述設計，光發散裝置可將來自光導纖維的雷射束進行發散，以便激發光能夠均勻的照射在螢光材料上；螢光材料的厚度設置可使得雷射束經螢光材料所轉化的可見光更為均勻。
[0014]上述集成式雷射光源照明設備，其將多個半導體雷射器發出的光線匯聚於一點，並通過準直透鏡使其成為水平雷射束。同時，光控裝置中，遮光板在電機驅動下旋轉，使得遮光板與雷射束的相交位置在透光孔與遮光部位間來回切換，從而實現雷射光源的間隔照射。雷射束通過耦合裝置後進入光纖通道，並傳輸至雷射分路器，其將雷射根據實際需要分成多路；分散後雷射進入光轉化裝置中，經由雷射倍頻器將其轉化為實際需要的波長，並將其照射至螢光材料上，通過螢光材料將其轉化為可見光，最終實現照明。
[0015]採用上述技術方案的集成式雷射光源照明設備，其通過調節工作電流實現雷射光源照明效率的可調，並通過光控裝置實現雷射光源的間隔照射，從而避免具有高能量輸出密度的雷射直接激發螢光材料而引起的亮度過飽和；與此同時，上述集成式雷射光源照明設備採用集成式雷射光源作為原始激發光源，將雷射發生部分置於安全區，通過光纖傳輸雷射，在光纖中實現低損耗、遠距離傳輸，從而實現了需供電的雷射發生區域與照明區域的隔離，通過使用光纖作為激發光信號的傳輸媒介，通過雷射來激發螢光材料層發光從而獲得可見照明光，真正做到了安全照明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型中實施例1集成式雷射光源照明設備示意圖；
[0017]圖2為本實用新型中光控裝置示意圖；
[0018]圖3為本實用新型中光轉化裝置示意圖；
[0019]圖4為本實用新型中實施例2集成式雷射光源照明設備示意圖；
[0020]附圖標記列表:
[0021]I 一光源基座、2—半導體雷射器、3—準直透鏡、4 一聚光透鏡、5—耦合裝置、6—光纖、7—雷射分路器、8—遮光板、9 一透光孔、10 一電機、11 一雷射倍頻器、12 一雙凹透鏡、13—透明體、14 一螢光材料、15—球面凹槽。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和【具體實施方式】，進一步闡明本實用新型，應理解下述【具體實施方式】僅用於說明本實用新型而不用於限制本實用新型的範圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語「前」、「後」、「左」、「右」、「上」和「下」指的是附圖中的方向，詞語「內」和「外」分別指的是朝向或遠離特定部件幾何中心的方向。
[0023]實施例1
[0024]如圖1所示的一種集成式雷射光源照明設備，其包括集成式雷射源、耦合裝置5、以及與耦合裝置5間採用光纖6連接的照明終端。所述集成式雷射源包含有光源基座1，以及多個安裝在光源基座I上的半導體雷射器2，多個半導體雷射器2的照射光線均交匯於一點，且交匯位置設置有準直透鏡3 ;所述光源基座I採用矩形基座，安裝於光源基座I上的半導體雷射器2其光線照射方向均為水平方向；所述半導體雷射源2與準直透鏡3之間設置有聚光透鏡4。本實施例中，雷射光源發出的雷射束為980nm的紅外雷射。
[0025]採用上述設計，其可通過準直透鏡將交匯的光線轉化為平行光線，從而實現照明方向的穩定性，同時，半導體雷射器的水平安裝方式使得多個半導體雷射器便於安裝與調試，從而可實現集成式雷射光源照明設備在生產與調試中的效率得以增加。
[0026]對於半導體雷射器而言，在某一溫度下，當驅動電流高於閾值電流時，雷射器輸出雷射，且輸出功率隨著驅動電流的增大而迅速增加，並近似成線性上升關係。按照通常的定義，雷射亮度為單位面積上的光通量，而光通量則是與雷射輸出功率呈線性關係的物理量。因此，可以通過調節其供電電源的電流來實現對其輸出功率的控制，從而實現雷射亮度的調節。故而採用上述設計，其通過對集成式雷射光源照明設備工作電流的調控，即可實現其照明功率的調控。
[0027]如圖2所示，所述集成式雷射源與耦合裝置5之間設置有光控裝置，其由設置在準直透鏡與耦合裝置之間，且其所處平面垂直於集成式雷射源的雷射束方向的圓形遮光板8構成。所述圓形遮光板8邊緣部分設置有多個均勻分布的透光孔9 ;所述遮光板8中，位於最高位置的透光孔9正對準直透鏡3 ;所述遮光板8圓心位置設置有中軸，中軸連接至電機10。光控裝置中，電機轉速設置為36000rad/min,透光孔寬度為1.5mm,透光孔間距為2mm,遮光板半徑為15cm。
[0028]由於引起螢光粉過飽和的原因是螢光粉受到雷射激發的過程中，受激發而發光的響應時間相對雷射的連續照射的激勵時間過長，導致螢光粉來不及去激發而繼續停留在較高能級的水平上，而使得發光強度降低；故而採用上述設計，其可通過電機驅動遮光板轉動，從而通過遮光板，以及設置在遮光板上的透光孔間歇性遮擋雷射，進而防止雷射連續照射螢光粉而弓I起亮度過飽和。
[0029]如圖3所示，所述照明終端由雷射分路器7，以及多個通過光纖6連接至雷射分路器7的光轉化裝置構成。所述光轉化裝置由雷射倍頻器11，以及端部設置有螢光材料14的球形空心透明體13構成；所述螢光材料14由樹脂材料封裝固定於透明體13內部；雷射倍頻器11與球形空心透明體13之間設置有由雙凹透鏡12構成的光擴散裝置；所述螢光材料14封裝固定於透明體13的末端，且其厚度由透明體13的端點位置向其四周逐漸減小。本實施例中螢光粉採用黃色螢光粉Y3Al5O12Ce15
[0030]採用上述設計，雷射倍頻器可對雷射波長進行轉化，使其符合實際需要的波長；螢光材料可將雷射束轉化為可見光，從而實現照明的功效；同時，光發散裝置可將來自光導纖維的雷射束進行發散，以便激發光能夠均勻的照射在螢光材料上；螢光材料的厚度設置可使得雷射束經螢光材料所轉化的可見光更為均勻。
[0031]上述實施例中，所述光纖6米用石英光纖。
[0032]上述集成式雷射光源照明設備，其將多個半導體雷射器發出的紅外雷射匯聚於一點，並通過準直透鏡使其成為水平紅外雷射束。同時，光控裝置中，遮光板在電機驅動下旋轉，使得遮光板與雷射束的相交位置在透光孔與遮光部位間來回切換，從而實現雷射光源發出的雷射為不連續雷射。雷射束通過耦合裝置後進入光纖通道，並傳輸至雷射分路器，其將雷射根據實際需要分成多路；分散後雷射進入光轉化裝置中，經由雷射倍頻器將其轉化為實際需要的波長，從而從紅外雷射轉化為藍光，藍光照射至含義黃色螢光粉的螢光材料上，藍色雷射一部分被螢光粉吸收，並激發出黃光；另一部分藍光未被螢光粉吸收，直接從螢光材料層射出。螢光粉發出的黃光和從螢光材料層透過的藍光共同混合成白光。
[0033]通過分別測量採用上述技術方案的集成式雷射光源照明設備中，經雷射照射過後的螢光材料，以及拆除本技術方案中的光控裝置，經雷射照射過後的螢光材料的發光亮度可獲知，當拆除光控裝置時，螢光材料的發光亮度為裝有光控裝置時的42.1%。
[0034]採用上述技術方案的集成式雷射光源照明設備，其通過調節工作電流實現雷射光源照明效率的可調，並通過光控裝置實現雷射光源的間隔照射，從而避免具有高能量輸出密度的雷射直接激發螢光材料而引起的亮度過飽和，從而使得螢光材料的入射輻射密度保存平穩，使其發光亮度得以增加；與此同時，上述集成式雷射光源照明設備採用集成式雷射光源作為原始激發光源，將雷射發生部分置於安全區，通過光纖傳輸雷射，在光纖中實現低損耗、遠距離傳輸，從而實現了需供電的雷射發生區域與照明區域的隔離，通過使用光纖作為激發光信號的傳輸媒介，通過雷射來激發螢光材料層發光從而獲得可見照明光，真正做到了安全照明。
[0035]實施例2
[0036]如圖4所示，一種集成式雷射光源照明設備，其包括集成式雷射源、耦合裝置5、以及與耦合裝置5間採用光纖6連接的照明終端。所述集成式雷射源包含有光源基座1，以及多個安裝在光源基座I上的半導體雷射器2，多個半導體雷射器2的照射光線均交匯於一點，且交匯位置設置有準直透鏡3 ;所述光源基座I中設置有朝向準直透鏡3的球面凹槽15，多個半導體雷射器2均勻設置在球面凹槽15內，每個半導體雷射器2的光線照射方向均垂直於，球面凹槽15中其所在位置的切面。本實施例中，雷射光源發出的雷射束為980nm的紅外雷射。
[0037]採用上述設計，其通過球面凹槽實現了多個半導體雷射器光線的交匯，從而使得集成式雷射光源照明設備在確保多個雷射器的雷射交匯的前提下，使得內部部件的數量減少，從而使得設備整體的便攜性，以及工作穩定性均有所提高。
[0038]如圖2所示，所述集成式雷射源與耦合裝置5之間設置有光控裝置，其由設置在準直透鏡與耦合裝置之間，且其所處平面垂直於集成式雷射源的雷射束方向的圓形遮光板8構成。所述圓形遮光板8邊緣部分設置有多個均勻分布的透光孔9 ;所述遮光板8中，位於最高位置的透光孔9正對準直透鏡3 ;所述遮光板8圓心位置設置有中軸，中軸連接至電機
10。光控裝置中，電機轉速設置為40000rad/min,透光孔寬度為2mm,透光孔間距為1.5mm,遮光板半徑為30cm。
[0039]如圖3所示，所述照明終端由雷射分路器7，以及多個通過光纖6連接至雷射分路器7的光轉化裝置構成。所述光轉化裝置由雷射倍頻器11，以及端部設置有螢光材料14的球形空心透明體13構成；所述螢光材料14由樹脂材料封裝固定於透明體13內部；雷射倍頻器11與球形空心透明體13之間設置有由雙凹透鏡12構成的光擴散裝置；所述螢光材料14封裝固定於透明體13的末端，且其厚度由透明體13的端點位置向其四周逐漸減小。本實施例中螢光粉採用黃色螢光粉Y3Al5O12: Ce與紅色螢光粉CaAlSiN3: Eu。
[0040]上述實施例中，所述光纖6米用塑料光纖。
[0041]上述集成式雷射光源照明設備，其將多個半導體雷射器發出的紅外雷射匯聚於一點，並通過準直透鏡使其成為水平紅外雷射束。同時，光控裝置中，遮光板在電機驅動下旋轉，使得遮光板與雷射束的相交位置在透光孔與遮光部位間來回切換，從而實現雷射光源發出的雷射為不連續雷射。雷射束通過耦合裝置後進入光纖通道，並傳輸至雷射分路器，其將雷射根據實際需要分成多路。分散後雷射進入光轉化裝置中，雷射經過雷射倍頻器轉化為藍光，藍光照射在塗有含黃色螢光粉和紅色螢光粉的螢光材料表面，藍色雷射一部分被螢光粉吸收，並激發出黃光或紅光；另一部分藍光未被螢光粉吸收，直接從螢光材料層射出。突光粉發出的光和從突光材料層透過的光共同混合成白光。
[0042]通過分別測量採用上述技術方案的集成式雷射光源照明設備中，經雷射照射過後的螢光材料，以及拆除本技術方案中的光控裝置，經雷射照射過後的螢光材料的發光亮度可獲知，當拆除光控裝置時，螢光材料的發光亮度為裝有光控裝置時的37.6%。
[0043]本實施例中其餘特徵與優點均與實施例1相同。
【權利要求】
1.一種集成式雷射光源照明設備，其特徵在於，所述集成式雷射光源照明設備包括集成式雷射源、耦合裝置、以及與耦合裝置間採用光纖連接的照明終端；所述集成式雷射源與耦合裝置之間設置有光控裝置，所述照明終端由雷射分路器，以及多個通過光纖連接至雷射分路器的光轉化裝置構成；所述集成式雷射源由半導體雷射源構成；所述光控裝置中包含有透光部位與遮光部位，透光部位相對於集成式光源的位置採用非固定方式。
2.按照權利要求1所述的集成式雷射光源照明設備，其特徵在於，所述集成式雷射源中包含有光源基座，以及多個安裝在光源基座上的半導體雷射器；多個半導體雷射器的照射光線均交匯於一點，且交匯位置設置有準直透鏡。
3.按照權利要求2所述的集成式雷射光源照明設備，其特徵在於，所述光源基座採用矩形基座，安裝於光源基座上的半導體雷射器其光線照射方向均為水平方向；所述半導體雷射源與準直透鏡之間設置有聚光透鏡。
4.按照權利要求2所述的集成式雷射光源照明設備，其特徵在於，所述光源基座中設置有朝向準直透鏡的球面凹槽，多個半導體雷射器均勻設置在球面凹槽內，每個半導體雷射器的光線照射方向均垂直於，球面凹槽中其所在位置的切面。
5.按照權利要求1至4任意一項所述的集成式雷射光源照明設備，其特徵在於，所述光控裝置包含有圓形遮光板，其邊緣部分設置有多個均勻分布的透光孔；所述遮光板中，位於最高位置的透光孔正對準直透鏡；所述遮光板圓心位置中軸，中軸連接至電機。
6.按照權利要求1所述的集成式雷射光源照明設備，其特徵在於，所述光轉化裝置由雷射倍頻器，以及端部設置有螢光材料的球形空心透明體構成；所述螢光材料由樹脂材料封裝固定於透明體內部。
7.按照權利要求6所述的集成式雷射光源照明設備，其特徵在於，所述光轉化裝置中，雷射倍頻器與球形空心透明體之間設置有由雙凹透鏡構成的光擴散裝置；所述螢光材料封裝固定於透明體的末端，且其厚度由透明體的端點位置向其四周逐漸減小。
【文檔編號】F21S8/00GK203980014SQ201420370685
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月7日 優先權日:2014年7月7日
【發明者】羅新宇, 嚴群 申請人:南京光晶電子科技有限公司