一种集成式激光光源照明设备的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种集成式激光光源照明设备，其包括集成式激光源、耦合装置、以及与耦合装置间采用光纤连接的照明终端；所述集成式激光源与耦合装置之间设置有光控装置，所述照明终端由激光分路器，以及多个通过光纤连接至激光分路器的光转化装置构成；所述集成式激光源由半导体激光源构成；所述光控装置中包含有透光部位与遮光部位，透光部位相对于集成式光源的位置采用非固定方式；采用上述技术方案的集成式激光光源照明设备，其避免具有高能量输出密度的激光直接激发荧光材料而引起的亮度过饱和，同时实现了需供电的激光发生区域与照明区域的隔离，做到了安全照明。
【专利说明】一种集成式激光光源照明设备
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种照明设备，尤其是一种集成式激光光源照明设备。
【背景技术】
[0002]随着能源需求越来越大以及全球资源的紧张，节能照明技术受到了前所未有的关注。其中LED照明装置和激光照明装置由于其具有高效节能、环保等特点，已经越来越多的被应用到城市景观照明、工业照明、家庭照明、汽车车前大灯以及各种远距离夜视监控应用中。
[0003]目前固体照明较成熟的是LED照明，但LED照明存在成本过高，亮度偏低以及散热不良引起的光效下降等问题，这些问题都是制约LED发展的重要因素。由于发光二级管单个发光单元的效率较低，为了获得足够亮度的光源，通常需要组合数十个乃至上百个发光单元。在发光单元的数量难以提升的前提下，提升单个器件的输出功率已成为提高亮度以及降低成本最为有效的途径。激光具有能量密度高、方向性好等特点，特别是半导体激光技术的发展，使得激光照明技术向前踏进一大步。激光二极管可用于替代发光二极管并配合荧光粉进实现超高亮度的白光输出，从而解决目前LED照明装置所面临的亮度不足等关键问题。激光的白光光源发光原理与LED类似，都是通过激发荧光粉，最后通过混色原理实现白光。
[0004]但是，现有的激光照明技术存在以下缺陷:激光能量输出密度高，不适合直接激发荧光粉。因为当激光集中照射在荧光粉上时，它们会存在明显的亮度过饱和问题，即随着入射辐射密度的提高，光学功率下降，因此不能很好的满足某些应用的具体需求，现有技术还有待于改进和发展。
实用新型内容
[0005]本实用新型要解决的技术问题是提供一种激光光源照明设备，其可以通过可调控的功率以及间隔照射的方式，避免激光直接激发荧光粉存在的亮度过饱和现象；同时，其可实现供电区域与照明区域的隔离，从而实现安全照明。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型涉及一种集成式激光光源照明设备，其包括集成式激光源、耦合装置、以及与耦合装置间采用光纤连接的照明终端；所述集成式激光源与耦合装置之间设置有光控装置，所述照明终端由激光分路器，以及多个通过光纤连接至激光分路器的光转化装置构成；所述集成式激光源由半导体激光源构成；所述光控装置中包含有透光部位与遮光部位，透光部位相对于集成式光源的位置采用非固定方式。
[0007]对于半导体激光器而言，在某一温度下，当驱动电流高于阈值电流时，激光器输出激光，且输出功率随着驱动电流的增大而迅速增加，并近似成线性上升关系。按照通常的定义，激光亮度为单位面积上的光通量，而光通量则是与激光输出功率呈线性关系的物理量。因此，可以通过调节其供电电源的电流来实现对其输出功率的控制，从而实现激光亮度的调节。故而采用上述设计，其通过对集成式激光光源照明设备工作电流的调控，即可实现其照明功率的调控。
[0008]作为本发明的一种改进，所述集成式激光源中包含有光源基座，以及多个安装在光源基座上的半导体激光器；多个半导体激光器的照射光线均交汇于一点，且交汇位置设置有准直透镜。采用上述设计，其可通过准直透镜将交汇的光线转化为平行光线，从而实现照明方向的稳定性。
[0009]作为本发明的一种改进，所述光源基座采用矩形基座，安装于光源基座上的半导体激光器其光线照射方向均为水平方向；所述半导体激光源与准直透镜之间设置有聚光透镜。采用上述设计，半导体激光器的水平安装方式使得多个半导体激光器便于安装与调试，从而可实现集成式激光光源照明设备在生产与调试中的效率得以增加。
[0010]作为本发明的一种改进，所述光源基座中设置有朝向准直透镜的球面凹槽，多个半导体激光器均匀设置在球面凹槽内，每个半导体激光器的光线照射方向均垂直于，球面凹槽中其所在位置的切面。采用上述设计，其通过球面凹槽实现了多个半导体激光器光线的交汇，从而使得集成式激光光源照明设备内部部件的数量减少，使得设备整体的便携性，以及工作稳定性均有所提高。
[0011]作为本发明的一种改进，所述光控装置包含有圆形遮光板，其边缘部分设置有多个均匀分布的透光孔；所述遮光板中，位于最高位置的透光孔正对准直透镜；所述遮光板圆心位置设置有中轴，中轴连接至电机。由于引起荧光粉过饱和的原因是荧光粉受到激光激发的过程中，受激发而发光的响应时间相对激光的连续照射的激励时间过长，导致荧光粉来不及去激发而继续停留在较高能级的水平上，而使得发光强度降低；故而采用上述设计，其可通过电机驱动遮光板转动，从而通过遮光板，以及设置在遮光板上的透光孔间歇性遮挡激光，进而防止激光连续照射荧光粉而引起亮度过饱和。
[0012]作为本发明的一种改进，所述光转化装置由激光倍频器，以及端部设置有荧光材料的球形空心透明体构成；所述荧光材料由树脂材料封装固定于透明体内部。采用上述设计，激光倍频器可对激光波长进行转化，使其符合实际需要的波长；荧光材料可将激光束转化为可见光，从而实现照明的功效。
[0013]作为本发明的一种改进，所述光转化装置中，激光倍频器与球形空心透明体之间设置有由双凹透镜构成的光扩散装置；所述荧光材料封装固定于透明体的末端，且其厚度由透明体的端点位置向其四周逐渐减小。采用上述设计，光发散装置可将来自光导纤维的激光束进行发散，以便激发光能够均匀的照射在荧光材料上；荧光材料的厚度设置可使得激光束经荧光材料所转化的可见光更为均匀。
[0014]上述集成式激光光源照明设备，其将多个半导体激光器发出的光线汇聚于一点，并通过准直透镜使其成为水平激光束。同时，光控装置中，遮光板在电机驱动下旋转，使得遮光板与激光束的相交位置在透光孔与遮光部位间来回切换，从而实现激光光源的间隔照射。激光束通过耦合装置后进入光纤通道，并传输至激光分路器，其将激光根据实际需要分成多路；分散后激光进入光转化装置中，经由激光倍频器将其转化为实际需要的波长，并将其照射至荧光材料上，通过荧光材料将其转化为可见光，最终实现照明。
[0015]采用上述技术方案的集成式激光光源照明设备，其通过调节工作电流实现激光光源照明效率的可调，并通过光控装置实现激光光源的间隔照射，从而避免具有高能量输出密度的激光直接激发荧光材料而引起的亮度过饱和；与此同时，上述集成式激光光源照明设备采用集成式激光光源作为原始激发光源，将激光发生部分置于安全区，通过光纤传输激光，在光纤中实现低损耗、远距离传输，从而实现了需供电的激光发生区域与照明区域的隔离，通过使用光纤作为激发光信号的传输媒介，通过激光来激发荧光材料层发光从而获得可见照明光，真正做到了安全照明。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型中实施例1集成式激光光源照明设备示意图；
[0017]图2为本实用新型中光控装置示意图；
[0018]图3为本实用新型中光转化装置示意图；
[0019]图4为本实用新型中实施例2集成式激光光源照明设备示意图；
[0020]附图标记列表:
[0021]I 一光源基座、2—半导体激光器、3—准直透镜、4 一聚光透镜、5—耦合装置、6—光纤、7—激光分路器、8—遮光板、9 一透光孔、10 一电机、11 一激光倍频器、12 一双凹透镜、13—透明体、14 一荧光材料、15—球面凹槽。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和【具体实施方式】，进一步阐明本实用新型，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
[0023]实施例1
[0024]如图1所示的一种集成式激光光源照明设备，其包括集成式激光源、耦合装置5、以及与耦合装置5间采用光纤6连接的照明终端。所述集成式激光源包含有光源基座1，以及多个安装在光源基座I上的半导体激光器2，多个半导体激光器2的照射光线均交汇于一点，且交汇位置设置有准直透镜3 ;所述光源基座I采用矩形基座，安装于光源基座I上的半导体激光器2其光线照射方向均为水平方向；所述半导体激光源2与准直透镜3之间设置有聚光透镜4。本实施例中，激光光源发出的激光束为980nm的红外激光。
[0025]采用上述设计，其可通过准直透镜将交汇的光线转化为平行光线，从而实现照明方向的稳定性，同时，半导体激光器的水平安装方式使得多个半导体激光器便于安装与调试，从而可实现集成式激光光源照明设备在生产与调试中的效率得以增加。
[0026]对于半导体激光器而言，在某一温度下，当驱动电流高于阈值电流时，激光器输出激光，且输出功率随着驱动电流的增大而迅速增加，并近似成线性上升关系。按照通常的定义，激光亮度为单位面积上的光通量，而光通量则是与激光输出功率呈线性关系的物理量。因此，可以通过调节其供电电源的电流来实现对其输出功率的控制，从而实现激光亮度的调节。故而采用上述设计，其通过对集成式激光光源照明设备工作电流的调控，即可实现其照明功率的调控。
[0027]如图2所示，所述集成式激光源与耦合装置5之间设置有光控装置，其由设置在准直透镜与耦合装置之间，且其所处平面垂直于集成式激光源的激光束方向的圆形遮光板8构成。所述圆形遮光板8边缘部分设置有多个均匀分布的透光孔9 ;所述遮光板8中，位于最高位置的透光孔9正对准直透镜3 ;所述遮光板8圆心位置设置有中轴，中轴连接至电机10。光控装置中，电机转速设置为36000rad/min,透光孔宽度为1.5mm,透光孔间距为2mm,遮光板半径为15cm。
[0028]由于引起荧光粉过饱和的原因是荧光粉受到激光激发的过程中，受激发而发光的响应时间相对激光的连续照射的激励时间过长，导致荧光粉来不及去激发而继续停留在较高能级的水平上，而使得发光强度降低；故而采用上述设计，其可通过电机驱动遮光板转动，从而通过遮光板，以及设置在遮光板上的透光孔间歇性遮挡激光，进而防止激光连续照射荧光粉而弓I起亮度过饱和。
[0029]如图3所示，所述照明终端由激光分路器7，以及多个通过光纤6连接至激光分路器7的光转化装置构成。所述光转化装置由激光倍频器11，以及端部设置有荧光材料14的球形空心透明体13构成；所述荧光材料14由树脂材料封装固定于透明体13内部；激光倍频器11与球形空心透明体13之间设置有由双凹透镜12构成的光扩散装置；所述荧光材料14封装固定于透明体13的末端，且其厚度由透明体13的端点位置向其四周逐渐减小。本实施例中荧光粉采用黄色荧光粉Y3Al5O12Ce15
[0030]采用上述设计，激光倍频器可对激光波长进行转化，使其符合实际需要的波长；荧光材料可将激光束转化为可见光，从而实现照明的功效；同时，光发散装置可将来自光导纤维的激光束进行发散，以便激发光能够均匀的照射在荧光材料上；荧光材料的厚度设置可使得激光束经荧光材料所转化的可见光更为均匀。
[0031]上述实施例中，所述光纤6米用石英光纤。
[0032]上述集成式激光光源照明设备，其将多个半导体激光器发出的红外激光汇聚于一点，并通过准直透镜使其成为水平红外激光束。同时，光控装置中，遮光板在电机驱动下旋转，使得遮光板与激光束的相交位置在透光孔与遮光部位间来回切换，从而实现激光光源发出的激光为不连续激光。激光束通过耦合装置后进入光纤通道，并传输至激光分路器，其将激光根据实际需要分成多路；分散后激光进入光转化装置中，经由激光倍频器将其转化为实际需要的波长，从而从红外激光转化为蓝光，蓝光照射至含义黄色荧光粉的荧光材料上，蓝色激光一部分被荧光粉吸收，并激发出黄光；另一部分蓝光未被荧光粉吸收，直接从荧光材料层射出。荧光粉发出的黄光和从荧光材料层透过的蓝光共同混合成白光。
[0033]通过分别测量采用上述技术方案的集成式激光光源照明设备中，经激光照射过后的荧光材料，以及拆除本技术方案中的光控装置，经激光照射过后的荧光材料的发光亮度可获知，当拆除光控装置时，荧光材料的发光亮度为装有光控装置时的42.1%。
[0034]采用上述技术方案的集成式激光光源照明设备，其通过调节工作电流实现激光光源照明效率的可调，并通过光控装置实现激光光源的间隔照射，从而避免具有高能量输出密度的激光直接激发荧光材料而引起的亮度过饱和，从而使得荧光材料的入射辐射密度保存平稳，使其发光亮度得以增加；与此同时，上述集成式激光光源照明设备采用集成式激光光源作为原始激发光源，将激光发生部分置于安全区，通过光纤传输激光，在光纤中实现低损耗、远距离传输，从而实现了需供电的激光发生区域与照明区域的隔离，通过使用光纤作为激发光信号的传输媒介，通过激光来激发荧光材料层发光从而获得可见照明光，真正做到了安全照明。
[0035]实施例2
[0036]如图4所示，一种集成式激光光源照明设备，其包括集成式激光源、耦合装置5、以及与耦合装置5间采用光纤6连接的照明终端。所述集成式激光源包含有光源基座1，以及多个安装在光源基座I上的半导体激光器2，多个半导体激光器2的照射光线均交汇于一点，且交汇位置设置有准直透镜3 ;所述光源基座I中设置有朝向准直透镜3的球面凹槽15，多个半导体激光器2均匀设置在球面凹槽15内，每个半导体激光器2的光线照射方向均垂直于，球面凹槽15中其所在位置的切面。本实施例中，激光光源发出的激光束为980nm的红外激光。
[0037]采用上述设计，其通过球面凹槽实现了多个半导体激光器光线的交汇，从而使得集成式激光光源照明设备在确保多个激光器的激光交汇的前提下，使得内部部件的数量减少，从而使得设备整体的便携性，以及工作稳定性均有所提高。
[0038]如图2所示，所述集成式激光源与耦合装置5之间设置有光控装置，其由设置在准直透镜与耦合装置之间，且其所处平面垂直于集成式激光源的激光束方向的圆形遮光板8构成。所述圆形遮光板8边缘部分设置有多个均匀分布的透光孔9 ;所述遮光板8中，位于最高位置的透光孔9正对准直透镜3 ;所述遮光板8圆心位置设置有中轴，中轴连接至电机
10。光控装置中，电机转速设置为40000rad/min,透光孔宽度为2mm,透光孔间距为1.5mm,遮光板半径为30cm。
[0039]如图3所示，所述照明终端由激光分路器7，以及多个通过光纤6连接至激光分路器7的光转化装置构成。所述光转化装置由激光倍频器11，以及端部设置有荧光材料14的球形空心透明体13构成；所述荧光材料14由树脂材料封装固定于透明体13内部；激光倍频器11与球形空心透明体13之间设置有由双凹透镜12构成的光扩散装置；所述荧光材料14封装固定于透明体13的末端，且其厚度由透明体13的端点位置向其四周逐渐减小。本实施例中荧光粉采用黄色荧光粉Y3Al5O12: Ce与红色荧光粉CaAlSiN3: Eu。
[0040]上述实施例中，所述光纤6米用塑料光纤。
[0041]上述集成式激光光源照明设备，其将多个半导体激光器发出的红外激光汇聚于一点，并通过准直透镜使其成为水平红外激光束。同时，光控装置中，遮光板在电机驱动下旋转，使得遮光板与激光束的相交位置在透光孔与遮光部位间来回切换，从而实现激光光源发出的激光为不连续激光。激光束通过耦合装置后进入光纤通道，并传输至激光分路器，其将激光根据实际需要分成多路。分散后激光进入光转化装置中，激光经过激光倍频器转化为蓝光，蓝光照射在涂有含黄色荧光粉和红色荧光粉的荧光材料表面，蓝色激光一部分被荧光粉吸收，并激发出黄光或红光；另一部分蓝光未被荧光粉吸收，直接从荧光材料层射出。突光粉发出的光和从突光材料层透过的光共同混合成白光。
[0042]通过分别测量采用上述技术方案的集成式激光光源照明设备中，经激光照射过后的荧光材料，以及拆除本技术方案中的光控装置，经激光照射过后的荧光材料的发光亮度可获知，当拆除光控装置时，荧光材料的发光亮度为装有光控装置时的37.6%。
[0043]本实施例中其余特征与优点均与实施例1相同。
【权利要求】
1.一种集成式激光光源照明设备，其特征在于，所述集成式激光光源照明设备包括集成式激光源、耦合装置、以及与耦合装置间采用光纤连接的照明终端；所述集成式激光源与耦合装置之间设置有光控装置，所述照明终端由激光分路器，以及多个通过光纤连接至激光分路器的光转化装置构成；所述集成式激光源由半导体激光源构成；所述光控装置中包含有透光部位与遮光部位，透光部位相对于集成式光源的位置采用非固定方式。
2.按照权利要求1所述的集成式激光光源照明设备，其特征在于，所述集成式激光源中包含有光源基座，以及多个安装在光源基座上的半导体激光器；多个半导体激光器的照射光线均交汇于一点，且交汇位置设置有准直透镜。
3.按照权利要求2所述的集成式激光光源照明设备，其特征在于，所述光源基座采用矩形基座，安装于光源基座上的半导体激光器其光线照射方向均为水平方向；所述半导体激光源与准直透镜之间设置有聚光透镜。
4.按照权利要求2所述的集成式激光光源照明设备，其特征在于，所述光源基座中设置有朝向准直透镜的球面凹槽，多个半导体激光器均匀设置在球面凹槽内，每个半导体激光器的光线照射方向均垂直于，球面凹槽中其所在位置的切面。
5.按照权利要求1至4任意一项所述的集成式激光光源照明设备，其特征在于，所述光控装置包含有圆形遮光板，其边缘部分设置有多个均匀分布的透光孔；所述遮光板中，位于最高位置的透光孔正对准直透镜；所述遮光板圆心位置中轴，中轴连接至电机。
6.按照权利要求1所述的集成式激光光源照明设备，其特征在于，所述光转化装置由激光倍频器，以及端部设置有荧光材料的球形空心透明体构成；所述荧光材料由树脂材料封装固定于透明体内部。
7.按照权利要求6所述的集成式激光光源照明设备，其特征在于，所述光转化装置中，激光倍频器与球形空心透明体之间设置有由双凹透镜构成的光扩散装置；所述荧光材料封装固定于透明体的末端，且其厚度由透明体的端点位置向其四周逐渐减小。
【文档编号】F21S8/00GK203980014SQ201420370685
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月7日 优先权日:2014年7月7日
【发明者】罗新宇, 严群 申请人:南京光晶电子科技有限公司