CN106195671A - 激光模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光模组，包括激光二极管，调焦透镜组，透反镜，第一聚焦透镜组，第二聚焦透镜组，荧光粉层，散射层。激光二极管输出的激光通过调焦透镜组后形成光束大小和发散角可控的入射激光束，入射激光束经透反镜分光变成两束，一束被第一聚焦透镜组聚焦到荧光粉层上，另一束被第二聚焦透镜组聚焦到散射层上；从荧光粉层输出的荧光和散射层反射的激光混合形成最后的输出光。通过本发明的激光探照灯的结构，可以方便快捷地获得不同发散角的出光光束。

Description

激光模组

技术领域

本发明涉照明领域，特别是涉及利用激光照明的特种照明领域。

背景技术

目前，LED 光源正在取代传统的白炽灯和节能灯成为一种新型的照明光源，但LED亮度有限，在一些需要高亮光源的特殊应用领域，例如舞台灯光照明，汽车大灯，投影显示等领域， LED就无法满足要求了。与LED同源的半导体激光二极管，也具有高效，节能，环保，寿命长的优点，利用激光激发荧光粉技术（远程荧光粉技术）可以得到超高亮度的点光源，该点光源可用在一些特殊的照明领域。

激光激发荧光粉技术是将激光聚焦到荧光粉层上，形成一个发光点很小的点光源，荧光粉受激产生高亮度的受激光，通常由蓝色激光激发黄色荧光粉，产生的黄光与剩余的蓝光混合形成白光，再由光学系统收集出射。激光光源的特点是，由于激光能量集中，因而可以形成超高亮度的点光源，利用该点光源可以设计出光束发散角非常小的激光探照灯。激光探照灯的光束发散角可以控制在1°以内，因而可以形成几公里的照射距离，但在近距离照明时，如此小的发散角就不合适了，需要能够方便快捷地调节光束的发散角，实现远近光调节。此外，由于激光激发荧光粉技术方案的复杂性，在光学系统设计时既要考虑激光的会聚，又要考虑荧光的收集，尤其是两种光的混合和匀光，使得传统LED手电所使用的调焦方案不再适用。

发明内容

为了获得远距离照明和近距离照明都适用的激光探照灯，本发明提出了一种光源模组结构，包括：激光二极管，调焦透镜组，透反镜，第一聚焦透镜组，第二聚焦透镜组，荧光粉层，散射层；其中，调焦透镜组位于激光二极管与透反镜之间，第一聚焦透镜组和第二聚焦透镜组相对透反镜对称设置；所述的调焦透镜组包含至少一种透镜及透镜调节装置，从激光二极管输出的激光经调焦透镜组后形成入射激光束，所述的透镜调节装置通过调节透镜的位置或组合方式从而改变激光二极管输出的准直激光光束的光束大小或发散角；所述的入射激光束经透反镜分光变成两束，一束被第一聚焦透镜组聚焦到荧光粉层上，另一束被第二聚焦透镜组聚焦到散射层上；所述荧光粉层吸收入射激光并将其转换为与之波长不同的荧光。这样，通过调焦透镜组对入射激光束的光斑大小和发散角进行调节，改变后续光路中的光斑尺寸，可以改变最后出射光束的扩散角，从而获得对应不同照射距离的光束。

附图说明

图1是本发明的激光探照灯的一种实施例的结构示意图；

图2是本发明的一种扩大出射光束发散角的光学原理图；

图3是本发明另一种扩大出射光束发散角的光学原理图；

图4是本发明采用出射透镜组对出射光束进行调节的光学原理图。

具体实施方式

图1是本发明设计的激光模组的一种实施例的结构示意图。该激光探照灯包括激光二极管101，调焦透镜组110，透反镜102，第一聚焦透镜组103，第二聚焦透镜组104，荧光粉层105，散射层106。其中，调焦透镜组110包括一个凹透镜112和一个凸透镜113；第一聚焦透镜组103和第二聚焦透镜组104相对于透反镜102对称设置。从激光二极管101出射准直激光，将准直激光通过凹透镜112和凸透镜113后的激光束作为入射激光光束，此时凹透镜112和凸透镜113的位置刚好使得入射激光光束为一束平行光，入射激光光束经透反镜102分光变成两束，一束进入反射光路，一束进入透射光路。反射光路中的第一聚焦透镜组103将透反镜102反射的激光聚焦到荧光粉层105上，透射光路中的第二聚焦透镜组104将透射光路的激光聚焦到散射层106上。荧光粉层105设置在一个反射基板上，它能够吸收激光并出射荧光，出射的荧光再经过第一聚焦透镜组103收集，成为准直荧光光束，该准直荧光光束将透过透反镜102出射。散射层106具有散射和反射的作用，散射层106对透射光路的激光散射并反射，反射的激光再经第二聚焦透镜组104收集，成为准直激光光束，该准直激光光束将经透反镜102反射输出。最终反射光路出射的准直荧光光束和透射光路出射的准直激光光束合成一束光，此结构所合成的光束的发散角最小。

在本实施例中，优选的，透反镜102相对于入射激光束成45°倾斜放置，反射光路与透射光路的光轴相互垂直。透反镜102对入射激光光束的分光比例可以根据需要合理设置，例如，反射光束80%，透射光束20%，当透射光路的激光光束经过散射层106反射回来之后，其中的80%将被透反镜102再次反射出去，只有其中的20%会再次透过透反镜102浪费掉，因而总共损失的光能量只有20%×20%=4%，基本可以忽略不计。

在本实施例中，透反镜102除了对入射激光光束进行分光之外，还将对荧光粉层105出射的荧光进行滤光。作为本发明的优选实施例，通常入射激光光束选用蓝光，荧光粉层105选用黄色荧光粉，这样，荧光粉层105出射的黄光和散射层106反射的蓝光混合可以得到白光。为了输出白光，荧光粉层105输出的黄光应完全透过透反镜102。本发明具有很大的自由度，利用该光源结构只需将入射激光光束和荧光粉换成不同波长的激光和荧光粉，就能得到不同的输出光，这种简单的替换同理应包含在本发明的保护范围之内。

在本实施例中，荧光粉层105设置在一个反射基板上，形成反射式荧光粉层，反射基板能帮助荧光粉层散热。散射层106也设置在一个反射基板上，形成散射反射层，可以提高反射率。为了使最终的输出光中荧光和激光能混合均匀，经第一聚焦透镜组103收集的荧光和第二聚焦透镜组104收集的激光应具有相同的光束直径和发散角分布。

如图2所示，是本实施例中一种扩大出射光束发散角的方法的光学原理示意图，通过将凸透镜113沿激光光束平移，可以扩大入射激光光束的发散角，从而扩大后续光路中的光斑大小，使得照射到荧光粉层105和散射层106上的激光同时变大，经过荧光粉层105激发的荧光和经过散射层106反射的蓝光光束的发散角均变大，使得最后合成光的发散角相应地变大。

如图3所示，是本实施例中另一种扩大出射光束发散角的方法的光学原理示意图，通过将凹透镜112沿激光光束平移，可以使得入射激光光束收缩，经过第一聚焦透镜组103和第二聚焦透镜组104后的光束光斑都会变大，因此，经过荧光粉层105激发的荧光和经过散射层106反射的蓝光光束的发散角均会变大，使得最后合成光的发散角相应地变大。

图3是本发明的另一种出射光调节方式的示意图，在出射光路中设置一个出射光透镜组109，其中包括第一出光透镜107和第二出光透镜108，经过两个透镜的作用，可以进一步调节出射光的发散角。

本发明通过调节透镜组110的作用，可以非常方便快捷地调节入射激光束的光斑大小，从而改变后续光路中的光斑大小，实现对出射光束的发散角进行快速调节。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种激光模组，其特征在于，包括：

激光二极管，调焦透镜组，透反镜，第一聚焦透镜组，第二聚焦透镜组，荧光粉层，散射层；从激光二极管输出的激光先经过调焦透镜组后形成入射激光束，所述的入射激光束经透反镜分光变成两束，一束被第一聚焦透镜组聚焦到荧光粉层上，另一束被第二聚焦透镜组聚焦到散射层上；其中，所述的调焦透镜组包含至少一种透镜及至少一种透镜调节装置，所述的透镜调节装置通过调节透镜的位置或组合方式从而改变入射到透反镜上的激光光束的大小或发散角。

2.如权利要求1所述的激光模组，其特征在于，所述调焦透镜组至少包含一个凹透镜和一个凸透镜，还包括至少一个透镜调节装置，所述的透镜调节装置可以将凹透镜或凸透镜进行旋转或平移操作，从而改变入射激光束的光斑大小或发散角。

3.如权利要求2所述的激光模组，其特征在于，所述的透镜调节装置采用纯机械装置或机电装置，所述的纯机械装置采用平移机构、旋转机构、连杆机构、磁耦合机构、链条机构、同步带机构或带轮机构方式中的一种或多种的组合；所述的机电装置采用包含前述的机械结构及相应的电动控制装置，所述的电动控制装置采用旋转电机、平面电机、超声马达或电磁阀中的一种或多种的组合。

4.如权利要求1所述的激光模组，其特征在于，所述第一聚焦透镜组和第二聚焦透镜组相对透反镜对称设置。

5.如权利要求1所述的激光模组，其特征在于，所述激光为蓝色激光，所述荧光粉层为黄色荧光粉涂层。

6.如权利要求5所述的激光模组，其特征在于，所述透反镜对入射的蓝光实现20%透射，80%反射，同时透射从荧光粉层出射的黄光。

7.如权利要求1所述的激光模组，其特征在于，还包括一个出射光透镜组，所述的出射光透镜组包括至少一种透镜，所述透镜采用凸透镜或凹透镜中的一种或几种的组合。