CN103930709B - 具有激光器阵列的激光器发光材料设备 - Google Patents

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Abstract

公开了一种激光器发光材料设备，其中激光器阵列的激光辐射经由准直的初级光学元件并且经由成像的光学系统传递到发光材料层上。激光器装置具有多个激光器，例如激光二极管。经由成像的光学系统，在发光材料层上产生初级光学元件的激光辐射分布的缩小的成像。

Description

具有激光器阵列的激光器发光材料设备
技术领域
本发明基于具有激光器阵列的、例如具有激光二极管阵列的激光器发光材料设备，所述激光器发光材料设备的辐射定向到发光材料层上，以便激发所述发光材料层发光。术语激光器阵列指的是多个激光器的布置。激光器阵列的各个激光器相互间能够是相同的或者也能够是不同的。
背景技术
从现有技术中已知激光器发光材料设备，其中经由不同的光学元件在发光材料层上产生激光光斑，由此激发发光材料层并且放射光。这种激光器发光材料设备例如用作为光源。在此，激光辐射在其射到发光材料层上之前通过初级光学元件并且通过光学系统引导。在此，通过初级光学元件准直的激光辐射通过光学系统聚焦成激光光斑。在光斑的位置上在发光材料上生成的经转换的光通过会聚的光学系统提供使用。
应用激光辐射的意义在于能够将所述激光辐射集中到小的面积(光斑)上并且在那里借助于发光材料产生高亮度的可用光。因此，会聚的光学系统也仅应用出自光斑的区域中的光。因此，光斑的任何移动或放大引起可用光的减少。光斑的这种移动和放大例如能够通过激光器的和初级光学元件的定位公差、形状公差和方位公差引起。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光器发光材料设备，其中使激光辐射准直的初级光学元件的公差、尤其是方位公差在达到特定的程度之前不会对发光材料上的激光光斑的位置和大小产生影响。
所述目的通过一种激光器发光材料设备来实现，其中激光器阵列的激光辐射能够经由使所述激光辐射准直的初级光学元件并且经由光学系统传递到发光材料层上，其中所述激光器阵列具有多个激光器，其特征在于，所述光学系统设计为成像的光学系统，借助所述成像的光学系统能够在所述发光材料层上产生下述平面的被激光穿透的部分的缩小的成像，所述平面垂直于系统的光学轴线延伸并且至少位于所述初级光学元件的附近。
尤其有利的设计方案在本文中得出。
在根据本发明的激光器发光材料设备中，激光器阵列的激光辐射(例如相干的光，即在可见范围中的激光辐射，或在紫外(UV)或红外(IR)范围中的相关的电磁辐射)能够经由初级光学元件并且经由成像的光学系统传递到发光材料层上。激光器阵列具有多个激光器，例如激光二极管，所述激光器能够发射相同的和/或不同的波长的激光辐射。成像的光学系统设计成，使得其将下述平面的被激光光束穿透的部分缩小地成像到光学发光层上，所述平面垂直于系统的光学轴线延伸并且至少位于初级光学元件的附近、优选位于初级光学元件中或在光延伸路线上直接在初级光学元件之后。换言之，通过成像的光学系统产生的光斑是在已提及的被激光光束穿透的平面中的辐射分布的缩小的光学成像、也就是说最终是初级光学元件的辐射分布的缩小的光学成像。因此，能够容许初级光学元件的小的位置偏移，因为所述位置偏移不会引起光斑的放大或方位移动，而是仅改变激光到发光材料上的入射角。
在此，证实为有利的是，成像在大致以1:40的比例缩小的情况下进行。
为了准直由所配设的激光器、优选发光二极管放射的相应的光，初级光学元件优选具有多个会聚透镜，其中每个激光器或每个激光二极管配设有一个会聚透镜。换言之，初级光学元件优选构成为对应于激光器阵列的由用于准直的初级光学元件、优选会聚透镜构成的阵列。
在一个优选的改进方案中，在此，每个会聚透镜具有两个凸形弯曲的表面，其中一个是非球形的。
根据本发明的激光器发光材料设备的光学成像优选在双侧是远心的(telezentrisch)。
在一个优选的变型形式中，成像的光学系统具有正透镜或正透镜组、负透镜或负透镜组和随后的正透镜或正透镜组。
在另一个优选的变型形式中，成像的光学系统由具有两个镜的望远镜装置(反射式望远镜)构成。
在此，多个激光二极管能够环形地围绕凸形弯曲的镜设置。
在第一变型形式中，凹面镜装置具有凹形弯曲的具有中间的开口的凹面镜。
在第二变型形式中，凹面镜装置具有多个凹面镜，其中每个激光二极管配设有一个凹面镜。
在另一个变型形式中，耦合输出侧向地、例如以牛顿望远镜装置或内氏望远镜装置的形式进行。
为了避免发光材料上的能够通过各个激光二极管或所配设的会聚透镜的尖锐成像而出现的热点，成像能够轻微地散焦，由此成像稍微模糊并且辐照强度分布变得均匀。此外，在本文中有利的是，激光器连同所配设的初级光学元件均匀地、优选六边形地或矩形地、尤其正方形地设置。
在此，本发明不局限于激光二极管，而是能够包括全部类型的激光光源，即例如：气体激光器、固体激光器、光纤激光器。此外，在此，术语激光器也应包括具有基本上平行的光束发射的超级发光二极管。
附图说明
下面应根据三个实施例详细阐述本发明。附图示出：
图1示出根据本发明的激光器发光材料设备的第一实施例；
图2示出根据本发明的激光器发光材料设备的第二实施例；
图3示出根据图1和图2的两个实施例的光斑；并且
图4示出根据本发明的激光器发光材料设备的第三实施例的一部分。
具体实施方式
图1示出根据本发明的激光器发光材料设备的第一实施例的示意侧视图。所述激光器发光材料设备具有由激光二极管1构成的大致矩形的阵列2，在图1中示出所述阵列中的较短的侧边。在阵列2上设置有二十四个蓝色发射辐射的激光二极管1。这些激光二极管均匀地分布在尺寸为40mm*60mm的阵列2上。
激光二极管阵列2的每个激光二极管1配设有双凸形的会聚透镜，其中二十四个会聚透镜4形成呈初级透镜阵列形式的初级光学元件6。经由分别具有6mm直径的会聚透镜4对每个所配设的激光二极管1的光进行准直。由透镜8、10和12构成的成像的光学系统将初级透镜阵列的面积缩小地成像为设置在那里的发光材料(28，也参见图3)上的光斑(14)。所述发光材料对应于通过阵列2的蓝色的激光进行照射或辐照而被触发发光。在此，阵列2的面积从初级透镜4的平面以1:40的比例尺成像为在发光材料层上的光斑。
图2示出根据本发明的激光器发光材料设备的第二实施例。在此，与根据图1的第一实施例的主要的不同之处在于，将另外的透镜插入到阵列2和光斑14之间的光路中。此外，第一会聚透镜108和发散透镜110和第二会聚透镜112已经发生改变。整体上，通过已改变的成像的光学系统108、116、110、118、112、120，相对于第一实施例缩短了阵列2和光斑14或设置在光斑处的发光材料层(28，也参见图3)之间的距离。较高的透镜数量提供强的折光力和较短的焦距。由此，在成像质量相同的情况下，第二实施例的结构长度相对于第一实施例缩短。
在图1和2中分别示出中间的射束22或122、靠近边缘的射束24或124和在其之间伸展的另外的射束26或126。
图3示出在发光材料层28上的缩小的成像的表现和根据本发明相对于阵列2的大小缩小地成像的光斑14。所示出的光斑14由根据图1的第一实施例和根据图2的第二实施例产生。在光斑14中示例性示出三个射束22、24、26或122、124、126的出现位置。用附图标记30标记中间的射束22或122的出现位置，用附图标记32标记外部的射束24或124的出现位置并且用附图标记34标识位于其之间的射束26或126的出现位置。
在相对于初级光学元件6之后的光的光学轴线(相应于绘图平面的水平线)的最大角度发散为+/-0.5°的情况下，在所选择的成像比例为1:40时，射到发光材料层上的完整的入射角大约为20°。在初级光学元件6的一个或多个会聚透镜4的(即在垂直于绘图平面的平面中的)最大的横向的定心误差为20μm的情况下，所述发散增大0.6°，即增大至+/-1.1°。虽然根据本发明，光斑14在发光材料层28上的方位和大小没有发生变化，仅入射角从20°(在发散为+/-0.5°的情况下)增大到50°(相应于+/-1.1°的发散)。成像的光学系统8、10、12或108、116、110、118、112、120因此设计成，使得在光斑侧仍传递该50°。因此，消除了初级光学元件6的会聚透镜4的方位公差的影响，假设公差的大小不会大到使得成像的光学系统不再能够传递光。
以相似的方式，通过根据本发明的布置获得光斑(14)在发光材料层(28)上的方位和大小，即使当出现由于平行于光学轴线的初级光学元件(6)的一个或多个会聚透镜(4)的校准不精确性以及由于通过初级透镜的倾斜而造成的校准不精确性而产生的定心误差时也如此。
图4示出根据本发明的激光器发光材料设备的第三实施例的侧视剖面图。在此为反射式望远镜的一个变型形式。旋转对称的激光二极管装置具有多个环形设置的激光二极管201，在图4中仅示出其中两个激光二极管201。每个激光二极管201配设有会聚透镜204，所述会聚透镜共同形成初级光学元件。在图4中在两个会聚透镜204中分别示出其凸形弯曲的非球形的表面。激光二极管201关于光学轴线同心地设置。
在第三实施例中，由激光二极管(201)的激光辐射穿透的初级透镜平面借助于反射式望远镜类型的装置缩小地成像。首先，通过会聚透镜204平行定向的光经由凹形弯曲的凹面镜236反射到环形的激光二极管装置的内部中的中部区域中。在那里设置有凸形弯曲的镜238，经由所述镜，使光束成束地定向穿过凹面镜236的开口240。
在没有示出的变型形式中，镜238同样是凹形的。
在第三实施例中，激光二极管201的装置也以缩小的光斑的形式在发光材料层上成像(这二者都没在图4中示出)。在此，初级光学元件的会聚透镜204的小的方位公差在任何情况下都引起发光材料层上的光斑的小的移动或放大。

Claims (18)

1.一种激光器发光材料设备，其中激光器阵列的激光辐射能够经由使所述激光辐射准直的初级光学元件(6；206)并且经由光学系统(8，10，12；108，116，110，118，112，120；236，238)传递到发光材料层(28)上，其中所述激光器阵列具有多个激光器(1；201)，其特征在于，所述光学系统设计为成像的光学系统(8，10，12；108，116，110，118，112，120；236，238)，借助所述成像的光学系统能够在所述发光材料层(28)上产生下述平面的被激光穿透的部分的缩小的成像，所述平面垂直于系统的光学轴线延伸并且至少位于所述初级光学元件(6；206)的附近。
2.根据权利要求1所述的激光器发光材料设备，其中所述初级光学元件(6；206)具有多个会聚透镜(4；204)，并且其中每个激光器(1；201)配设有一个会聚透镜(4；204)。
3.根据权利要求2所述的激光器发光材料设备，其中每个会聚透镜(4；204)具有两个凸形弯曲的表面，所述凸形弯曲的表面中的一个是非球形的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光器发光材料设备，其中所述成像的光学系统具有第一会聚透镜(8)或第一会聚透镜组(108，116)和在光路中在其之后具有发散透镜(10)或发散透镜组(110，118)和在光路中在其之后具有第二会聚透镜(12)或第二会聚透镜组(112，120)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的激光器发光材料设备，其中所述激光器阵列的多个所述激光器是多个激光二极管。
6.根据权利要求1或2所述的激光器发光材料设备，其中所述成像的光学系统具有凹面镜装置(236)和凸形弯曲的镜(238)。
7.根据权利要求6所述的激光器发光材料设备，其中所述激光器阵列的多个所述激光器是多个激光二极管。
8.根据权利要求7所述的激光器发光材料设备，其中多个所述激光二极管环形地围绕所述凸形弯曲的镜(238)设置。
9.根据权利要求6所述的激光器发光材料设备，其中所述成像的光学系统是反射式望远镜(236，238，240)。
10.根据权利要求8所述的激光器发光材料设备，其中所述成像的光学系统是反射式望远镜(236，238，240)。
11.根据权利要求6所述的激光器发光材料设备，其中所述凹面镜装置是具有中间的开口(240)的凹形弯曲的凹面镜(236)。
12.根据权利要求8所述的激光器发光材料设备，其中所述凹面镜装置是具有中间的开口(240)的凹形弯曲的凹面镜(236)。
13.根据权利要求9所述的激光器发光材料设备，其中所述凹面镜装置是具有中间的开口(240)的凹形弯曲的凹面镜(236)。
14.根据权利要求10所述的激光器发光材料设备，其中所述凹面镜装置是具有中间的开口(240)的凹形弯曲的凹面镜(236)。
15.根据权利要求7所述的激光器发光材料设备，其中所述凹面镜装置具有多个凹面镜，并且其中每个激光二极管配设有一个凹面镜。
16.根据权利要求8所述的激光器发光材料设备，其中所述凹面镜装置具有多个凹面镜，并且其中每个激光二极管配设有一个凹面镜。
17.根据权利要求1至3中任一项所述的激光器发光材料设备，其中光学成像是轻微散焦的。
18.根据权利要求1至3中任一项所述的激光器发光材料设备，其中所述激光器阵列的所述激光器均匀地设置。
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