一種集成式激光光源照明設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種集成式激光光源照明設備，其包括集成式激光源、耦合裝置、以及與耦合裝置間采用光纖連接的照明終端；所述集成式激光源與耦合裝置之間設置有光控裝置，所述照明終端由激光分路器，以及多個通過光纖連接至激光分路器的光轉化裝置構成；所述集成式激光源由半導體激光源構成；所述光控裝置中包含有透光部位與遮光部位，透光部位相對于集成式光源的位置采用非固定方式；采用上述技術方案的集成式激光光源照明設備，其避免具有高能量輸出密度的激光直接激發(fā)熒光材料而引起的亮度過飽和，同時實現(xiàn)了需供電的激光發(fā)生區(qū)域與照明區(qū)域的隔離，做到了安全照明。
【專利說明】一種集成式激光光源照明設備

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種照明設備，尤其是一種集成式激光光源照明設備。

【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(jié)能照明技術受到了前所未有的關注。其中LED照明裝置和激光照明裝置由于其具有高效節(jié)能、環(huán)保等特點，已經(jīng)越來越多的被應用到城市景觀照明、工業(yè)照明、家庭照明、汽車車前大燈以及各種遠距離夜視監(jiān)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(fā)展的重要因素。由于發(fā)光二級管單個發(fā)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(shù)十個乃至上百個發(fā)光單元。在發(fā)光單元的數(shù)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。激光具有能量密度高、方向性好等特點，特別是半導體激光技術的發(fā)展，使得激光照明技術向前踏進一大步。激光二極管可用于替代發(fā)光二極管并配合熒光粉進實現(xiàn)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。激光的白光光源發(fā)光原理與LED類似，都是通過激發(fā)熒光粉，最后通過混色原理實現(xiàn)白光。
[0004]但是，現(xiàn)有的激光照明技術存在以下缺陷:激光能量輸出密度高，不適合直接激發(fā)熒光粉。因為當激光集中照射在熒光粉上時，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(xiàn)有技術還有待于改進和發(fā)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激光光源照明設備，其可以通過可調控的功率以及間隔照射的方式，避免激光直接激發(fā)熒光粉存在的亮度過飽和現(xiàn)象；同時，其可實現(xiàn)供電區(qū)域與照明區(qū)域的隔離，從而實現(xiàn)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激光光源照明設備，其包括集成式激光源、耦合裝置、以及與耦合裝置間采用光纖連接的照明終端；所述集成式激光源與耦合裝置之間設置有光控裝置，所述照明終端由激光分路器，以及多個通過光纖連接至激光分路器的光轉化裝置構成；所述集成式激光源由半導體激光源構成；所述光控裝置中包含有透光部位與遮光部位，透光部位相對于集成式光源的位置采用非固定方式。
[0007]對于半導體激光器而言，在某一溫度下，當驅動電流高于閾值電流時，激光器輸出激光，且輸出功率隨著驅動電流的增大而迅速增加，并近似成線性上升關系。按照通常的定義，激光亮度為單位面積上的光通量，而光通量則是與激光輸出功率呈線性關系的物理量。因此，可以通過調節(jié)其供電電源的電流來實現(xiàn)對其輸出功率的控制，從而實現(xiàn)激光亮度的調節(jié)。故而采用上述設計，其通過對集成式激光光源照明設備工作電流的調控，即可實現(xiàn)其照明功率的調控。
[0008]作為本發(fā)明的一種改進，所述集成式激光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激光器；多個半導體激光器的照射光線均交匯于一點，且交匯位置設置有準直透鏡。采用上述設計，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(xiàn)照明方向的穩(wěn)定性。
[0009]作為本發(fā)明的一種改進，所述光源基座采用矩形基座，安裝于光源基座上的半導體激光器其光線照射方向均為水平方向；所述半導體激光源與準直透鏡之間設置有聚光透鏡。采用上述設計，半導體激光器的水平安裝方式使得多個半導體激光器便于安裝與調試，從而可實現(xiàn)集成式激光光源照明設備在生產(chǎn)與調試中的效率得以增加。
[0010]作為本發(fā)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，多個半導體激光器均勻設置在球面凹槽內，每個半導體激光器的光線照射方向均垂直于，球面凹槽中其所在位置的切面。采用上述設計，其通過球面凹槽實現(xiàn)了多個半導體激光器光線的交匯，從而使得集成式激光光源照明設備內部部件的數(shù)量減少，使得設備整體的便攜性，以及工作穩(wěn)定性均有所提高。
[0011]作為本發(fā)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，位于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。由于引起熒光粉過飽和的原因是熒光粉受到激光激發(fā)的過程中，受激發(fā)而發(fā)光的響應時間相對激光的連續(xù)照射的激勵時間過長，導致熒光粉來不及去激發(fā)而繼續(xù)停留在較高能級的水平上，而使得發(fā)光強度降低；故而采用上述設計，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激光，進而防止激光連續(xù)照射熒光粉而引起亮度過飽和。
[0012]作為本發(fā)明的一種改進，所述光轉化裝置由激光倍頻器，以及端部設置有熒光材料的球形空心透明體構成；所述熒光材料由樹脂材料封裝固定于透明體內部。采用上述設計，激光倍頻器可對激光波長進行轉化，使其符合實際需要的波長；熒光材料可將激光束轉化為可見光，從而實現(xiàn)照明的功效。
[0013]作為本發(fā)明的一種改進，所述光轉化裝置中，激光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；所述熒光材料封裝固定于透明體的末端，且其厚度由透明體的端點位置向其四周逐漸減小。采用上述設計，光發(fā)散裝置可將來自光導纖維的激光束進行發(fā)散，以便激發(fā)光能夠均勻的照射在熒光材料上；熒光材料的厚度設置可使得激光束經(jīng)熒光材料所轉化的可見光更為均勻。
[0014]上述集成式激光光源照明設備，其將多個半導體激光器發(fā)出的光線匯聚于一點，并通過準直透鏡使其成為水平激光束。同時，光控裝置中，遮光板在電機驅動下旋轉，使得遮光板與激光束的相交位置在透光孔與遮光部位間來回切換，從而實現(xiàn)激光光源的間隔照射。激光束通過耦合裝置后進入光纖通道，并傳輸至激光分路器，其將激光根據(jù)實際需要分成多路；分散后激光進入光轉化裝置中，經(jīng)由激光倍頻器將其轉化為實際需要的波長，并將其照射至熒光材料上，通過熒光材料將其轉化為可見光，最終實現(xiàn)照明。
[0015]采用上述技術方案的集成式激光光源照明設備，其通過調節(jié)工作電流實現(xiàn)激光光源照明效率的可調，并通過光控裝置實現(xiàn)激光光源的間隔照射，從而避免具有高能量輸出密度的激光直接激發(fā)熒光材料而引起的亮度過飽和；與此同時，上述集成式激光光源照明設備采用集成式激光光源作為原始激發(fā)光源，將激光發(fā)生部分置于安全區(qū)，通過光纖傳輸激光，在光纖中實現(xiàn)低損耗、遠距離傳輸，從而實現(xiàn)了需供電的激光發(fā)生區(qū)域與照明區(qū)域的隔離，通過使用光纖作為激發(fā)光信號的傳輸媒介，通過激光來激發(fā)熒光材料層發(fā)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集成式激光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集成式激光光源照明設備示意圖；
[0020]附圖標記列表:
[0021]I 一光源基座、2—半導體激光器、3—準直透鏡、4 一聚光透鏡、5—耦合裝置、6—光纖、7—激光分路器、8—遮光板、9 一透光孔、10 一電機、11 一激光倍頻器、12 一雙凹透鏡、13—透明體、14 一熒光材料、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】僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。需要說明的是，下面描述中使用的詞語“前”、“后”、“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所示的一種集成式激光光源照明設備，其包括集成式激光源、耦合裝置5、以及與耦合裝置5間采用光纖6連接的照明終端。所述集成式激光源包含有光源基座1，以及多個安裝在光源基座I上的半導體激光器2，多個半導體激光器2的照射光線均交匯于一點，且交匯位置設置有準直透鏡3 ;所述光源基座I采用矩形基座，安裝于光源基座I上的半導體激光器2其光線照射方向均為水平方向；所述半導體激光源2與準直透鏡3之間設置有聚光透鏡4。本實施例中，激光光源發(fā)出的激光束為980nm的紅外激光。
[0025]采用上述設計，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(xiàn)照明方向的穩(wěn)定性，同時，半導體激光器的水平安裝方式使得多個半導體激光器便于安裝與調試，從而可實現(xiàn)集成式激光光源照明設備在生產(chǎn)與調試中的效率得以增加。
[0026]對于半導體激光器而言，在某一溫度下，當驅動電流高于閾值電流時，激光器輸出激光，且輸出功率隨著驅動電流的增大而迅速增加，并近似成線性上升關系。按照通常的定義，激光亮度為單位面積上的光通量，而光通量則是與激光輸出功率呈線性關系的物理量。因此，可以通過調節(jié)其供電電源的電流來實現(xiàn)對其輸出功率的控制，從而實現(xiàn)激光亮度的調節(jié)。故而采用上述設計，其通過對集成式激光光源照明設備工作電流的調控，即可實現(xiàn)其照明功率的調控。
[0027]如圖2所示，所述集成式激光源與耦合裝置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，且其所處平面垂直于集成式激光源的激光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，位于最高位置的透光孔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]由于引起熒光粉過飽和的原因是熒光粉受到激光激發(fā)的過程中，受激發(fā)而發(fā)光的響應時間相對激光的連續(xù)照射的激勵時間過長，導致熒光粉來不及去激發(fā)而繼續(xù)停留在較高能級的水平上，而使得發(fā)光強度降低；故而采用上述設計，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激光，進而防止激光連續(xù)照射熒光粉而弓I起亮度過飽和。
[0029]如圖3所示，所述照明終端由激光分路器7，以及多個通過光纖6連接至激光分路器7的光轉化裝置構成。所述光轉化裝置由激光倍頻器11，以及端部設置有熒光材料14的球形空心透明體13構成；所述熒光材料14由樹脂材料封裝固定于透明體13內部；激光倍頻器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；所述熒光材料14封裝固定于透明體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。本實施例中熒光粉采用黃色熒光粉Y3Al5O12Ce15
[0030]采用上述設計，激光倍頻器可對激光波長進行轉化，使其符合實際需要的波長；熒光材料可將激光束轉化為可見光，從而實現(xiàn)照明的功效；同時，光發(fā)散裝置可將來自光導纖維的激光束進行發(fā)散，以便激發(fā)光能夠均勻的照射在熒光材料上；熒光材料的厚度設置可使得激光束經(jīng)熒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]上述集成式激光光源照明設備，其將多個半導體激光器發(fā)出的紅外激光匯聚于一點，并通過準直透鏡使其成為水平紅外激光束。同時，光控裝置中，遮光板在電機驅動下旋轉，使得遮光板與激光束的相交位置在透光孔與遮光部位間來回切換，從而實現(xiàn)激光光源發(fā)出的激光為不連續(xù)激光。激光束通過耦合裝置后進入光纖通道，并傳輸至激光分路器，其將激光根據(jù)實際需要分成多路；分散后激光進入光轉化裝置中，經(jīng)由激光倍頻器將其轉化為實際需要的波長，從而從紅外激光轉化為藍光，藍光照射至含義黃色熒光粉的熒光材料上，藍色激光一部分被熒光粉吸收，并激發(fā)出黃光；另一部分藍光未被熒光粉吸收，直接從熒光材料層射出。熒光粉發(fā)出的黃光和從熒光材料層透過的藍光共同混合成白光。
[0033]通過分別測量采用上述技術方案的集成式激光光源照明設備中，經(jīng)激光照射過后的熒光材料，以及拆除本技術方案中的光控裝置，經(jīng)激光照射過后的熒光材料的發(fā)光亮度可獲知，當拆除光控裝置時，熒光材料的發(fā)光亮度為裝有光控裝置時的42.1%。
[0034]采用上述技術方案的集成式激光光源照明設備，其通過調節(jié)工作電流實現(xiàn)激光光源照明效率的可調，并通過光控裝置實現(xiàn)激光光源的間隔照射，從而避免具有高能量輸出密度的激光直接激發(fā)熒光材料而引起的亮度過飽和，從而使得熒光材料的入射輻射密度保存平穩(wěn)，使其發(fā)光亮度得以增加；與此同時，上述集成式激光光源照明設備采用集成式激光光源作為原始激發(fā)光源，將激光發(fā)生部分置于安全區(qū)，通過光纖傳輸激光，在光纖中實現(xiàn)低損耗、遠距離傳輸，從而實現(xiàn)了需供電的激光發(fā)生區(qū)域與照明區(qū)域的隔離，通過使用光纖作為激發(fā)光信號的傳輸媒介，通過激光來激發(fā)熒光材料層發(fā)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，一種集成式激光光源照明設備，其包括集成式激光源、耦合裝置5、以及與耦合裝置5間采用光纖6連接的照明終端。所述集成式激光源包含有光源基座1，以及多個安裝在光源基座I上的半導體激光器2，多個半導體激光器2的照射光線均交匯于一點，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，多個半導體激光器2均勻設置在球面凹槽15內，每個半導體激光器2的光線照射方向均垂直于，球面凹槽15中其所在位置的切面。本實施例中，激光光源發(fā)出的激光束為980nm的紅外激光。
[0037]采用上述設計，其通過球面凹槽實現(xiàn)了多個半導體激光器光線的交匯，從而使得集成式激光光源照明設備在確保多個激光器的激光交匯的前提下，使得內部部件的數(shù)量減少，從而使得設備整體的便攜性，以及工作穩(wěn)定性均有所提高。
[0038]如圖2所示，所述集成式激光源與耦合裝置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，且其所處平面垂直于集成式激光源的激光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，位于最高位置的透光孔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，所述照明終端由激光分路器7，以及多個通過光纖6連接至激光分路器7的光轉化裝置構成。所述光轉化裝置由激光倍頻器11，以及端部設置有熒光材料14的球形空心透明體13構成；所述熒光材料14由樹脂材料封裝固定于透明體13內部；激光倍頻器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；所述熒光材料14封裝固定于透明體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。本實施例中熒光粉采用黃色熒光粉Y3Al5O12: Ce與紅色熒光粉CaAlSiN3: Eu。
[0040]上述實施例中，所述光纖6米用塑料光纖。
[0041]上述集成式激光光源照明設備，其將多個半導體激光器發(fā)出的紅外激光匯聚于一點，并通過準直透鏡使其成為水平紅外激光束。同時，光控裝置中，遮光板在電機驅動下旋轉，使得遮光板與激光束的相交位置在透光孔與遮光部位間來回切換，從而實現(xiàn)激光光源發(fā)出的激光為不連續(xù)激光。激光束通過耦合裝置后進入光纖通道，并傳輸至激光分路器，其將激光根據(jù)實際需要分成多路。分散后激光進入光轉化裝置中，激光經(jīng)過激光倍頻器轉化為藍光，藍光照射在涂有含黃色熒光粉和紅色熒光粉的熒光材料表面，藍色激光一部分被熒光粉吸收，并激發(fā)出黃光或紅光；另一部分藍光未被熒光粉吸收，直接從熒光材料層射出。突光粉發(fā)出的光和從突光材料層透過的光共同混合成白光。
[0042]通過分別測量采用上述技術方案的集成式激光光源照明設備中，經(jīng)激光照射過后的熒光材料，以及拆除本技術方案中的光控裝置，經(jīng)激光照射過后的熒光材料的發(fā)光亮度可獲知，當拆除光控裝置時，熒光材料的發(fā)光亮度為裝有光控裝置時的37.6%。
[0043]本實施例中其余特征與優(yōu)點均與實施例1相同。
【權利要求】
1.一種集成式激光光源照明設備，其特征在于，所述集成式激光光源照明設備包括集成式激光源、耦合裝置、以及與耦合裝置間采用光纖連接的照明終端；所述集成式激光源與耦合裝置之間設置有光控裝置，所述照明終端由激光分路器，以及多個通過光纖連接至激光分路器的光轉化裝置構成；所述集成式激光源由半導體激光源構成；所述光控裝置中包含有透光部位與遮光部位，透光部位相對于集成式光源的位置采用非固定方式。
2.按照權利要求1所述的集成式激光光源照明設備，其特征在于，所述集成式激光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激光器；多個半導體激光器的照射光線均交匯于一點，且交匯位置設置有準直透鏡。
3.按照權利要求2所述的集成式激光光源照明設備，其特征在于，所述光源基座采用矩形基座，安裝于光源基座上的半導體激光器其光線照射方向均為水平方向；所述半導體激光源與準直透鏡之間設置有聚光透鏡。
4.按照權利要求2所述的集成式激光光源照明設備，其特征在于，所述光源基座中設置有朝向準直透鏡的球面凹槽，多個半導體激光器均勻設置在球面凹槽內，每個半導體激光器的光線照射方向均垂直于，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激光光源照明設備，其特征在于，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，位于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所述的集成式激光光源照明設備，其特征在于，所述光轉化裝置由激光倍頻器，以及端部設置有熒光材料的球形空心透明體構成；所述熒光材料由樹脂材料封裝固定于透明體內部。
7.按照權利要求6所述的集成式激光光源照明設備，其特征在于，所述光轉化裝置中，激光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；所述熒光材料封裝固定于透明體的末端，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(yōu)先權日:2014年7月7日
【發(fā)明者】羅新宇, 嚴群 申請人:南京光晶電子科技有限公司