CN106195802A - 一种探照装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种手持式探照装置，包括激光器、整形与准直装置、聚焦装置、波长装换装置和扩束装置；激光器发出的激光通过整形与准直装置得到任意横截面形状的平行或者近似平行的光束，被聚焦装置汇聚到波长装换装置；波长转换装置包括荧光材料、散热装置和能量收集装置，荧光材料置于聚焦装置的焦平面处，其受到激光激发产生荧光，被能量收集装置收集后定向射出；扩束装置将荧光和剩余的激光合束后扩束为所需特征的光束后出射。该装置体积小，重量轻，光束准直性好，光强度高，特别适用于手持式的探照应用中。

Description

一种探照装置
技术领域
本发明涉及一种照明光源，特别涉及一种探照装置。
背景技术
探照灯是一种应用于远距离照明和搜索的照明装置，该装置利用大功率的光源和能量收集系统将光能量集中在很小的立体角范围内出射，实现数百米甚至数公里外的强光照明。目前市场上常用的探照灯是以卤素灯、氙灯或者LED作为光源，并辅之以大于光源体积数倍乃至数十倍的光学准直系统。卤素灯和氙灯制作的探照灯，体积大，光电转换效率较低，光束发散角大，使得探照灯光强较低，限制了照明距离，使用该方案的手持式设备通常照射范围只有数百米。为了进一步扩展距离需要增加光源的功率和光学准直系统的体积，难于由单人轻松携带。LED探照灯虽然光电转换效率高，但是发散角难于控制到10°以内。由于单颗LED的功率受到限制，为了提高照明距离，必须采用阵列的方式提高输出功率。然而使用该方案得到的装置体积、重量和光学调整的难度成几何级数增加，照明距离与上述两种光源的照明距离相当，并且不利于在便携性要求较高的环境中应用。
发明内容
本发明是针对现有技术存在的缺陷，提出一种探照装置。该装置能够在保证体积和重量满足单人轻松手持使用的需求下，提供大于同类型氙气探照灯和LED探照灯亮度，极大扩展探照距离的便携式探照装置。
本发明包括激光器、整形与准直装置、聚焦装置、波长转换装置和扩束装置；激光器发射激光，整形与准直装置将激光整形后调整为发散角不大于1°的近似平行光，聚焦装置将近似平行光的光束聚焦于波长转换装置，波长转换装置受到光束的照射发生荧光效应产生荧光，荧光与剩余的激光共同通过扩束装置扩束后出射。
本发明所使用的光源为激光器，为了缩减光源本身的体积和重量，选用大功率的半导体激光器作为光源，其光电转换效率高于氙气灯和卤素灯，与LED持平，实现了效率的优化。单激光器光通量大于单颗LED的输出光通量，同时，由于激光具有极高的准直性，或容易被准直，其光学系统结构体积与激光器体积相当，组装和调试简单，特别适用于探照装置的光源。
所述的整形与准直装置包括光束准直器和光束整形器；所述的光束准直器是具有焦距特征的光学装置，可以是透射式的正透镜或球面反射镜，起到将激光束调整为发散角不大于1°的近似平行光的作用；所述的光束整形器将激光束横截面调整为任意形状，优选的，光束整形器为柱透镜。
所述的聚焦装置为带有焦距的光学装置，可以是透射式的凸透镜，也可以是球面反射镜，聚焦装置将准直后的激光束聚焦于波长转换装置的荧光材料上。
波长转换装置包括可以被激光器出射的激光激发的荧光材料、散热装置和光能量收集装置；特别的，光能量收集装置为将受激发的荧光收集并按指定方向发散角不大于1°的近似平行出射的光学系统，可以是透射式的透镜，也可以是反射式的光收集装置。
所述的扩束装置为采用望远镜结构的光学系统，将荧光与激光合束后，扩束到所需要的任意光束横截面直径和发散角的尺寸；优选的，采用凹透镜和凸透镜组合。
可以增加至少一路激光源来提高输出功率；增加的激光源可以只包括独立的激光器，与第一光路共用其他装置；也可以在包括独立的激光器的前提下，包含整形与准直装置和聚焦装置中的任意一或两项，与第一光路共用其他装置。
本发明通过采用激光源照射荧光粉的方式，实现了波形转换，通过混合荧光与激光产生适应人眼的白光，同时通过采用合适的透镜组合，调节出射光的发散角，可以提高探照装置的照射距离。
附图说明
图1表示了本发明第一实施例的结构示意图；
图2表示了图1中激光器和整形与准直装置的结构图；
图3表示了图1中聚焦装置与波长转换装置的结构图；
图4表示了图1中扩束装置的结构图；
图5表示了本发明第二实施例的结构示意图；
图6表示了本发明第二实施例的第二种实现方式的结构示意图；
图7表示了本发明第二实施例的第三种实现方式的结构示意图；
图中：1、激光器；2、整形与准直装置；3、聚焦装置；4、波长转换装置；5、扩束装置；6、荧光材料；7、散热装置、8、能量收集装置；9、柱透镜；10、准直透镜；11、凹透镜；12、凸透镜；13、第二激光器；14、第二整形与准直装置；15、和第二聚焦装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明的第一种实施例如图1所示，包括激光器1、整形与准直装置2、聚焦装置3、波长转换装置4和扩束装置5；激光器1发射激光，整形与准直装置2将激光整形后调整为发散角不大于1°的近似平行光，聚焦装置3将近似平行光的光束聚焦于波长转换装置4，波长转换装置4受到光束的照射发生荧光效应产生荧光，荧光与剩余的激光共同通过扩束装置5混合成白光扩束后出射。
在本实施例中，优选的，激光器1为半导体激光器，优选的半导体激光器采用直径小于9毫米的高光电转换效率的蓝光半导体激光器。
在本实施例中，整形与准直装置2根据激光器的光束性质进行设计。当激光器1为半导体激光器时，需要在整形与准直装置2中加入柱透镜9对其中一个方向的光线发散角进行调整，使其与正交方向的光束发散角匹配，如图2所示，当光束两个正交方向的发散角匹配后，通过准直透镜10即可获得截面为圆形的准直光束。特别的，当需要获得其他截面形状的光束时，只需在准直前或者准直后增加相应的光束整形装置即可。准直装置不只限于透射式的光学处理，综合考虑体积和重量，优选的，采用透射式的方式对光束进行准直。
在本实施例中，聚焦装置3可以是透射式的正透镜，也可以是球面反射镜，实现将准直后的光束聚焦于一点的功能。
在本实施例中，波长转换装置4如图3所示，包括荧光材料6、散热装置7和能量收集装置8。荧光材料6需要放置于聚焦装置3的焦平面上，使得激光束聚焦于荧光材料6表面，由此激发荧光材料6产生高能量的荧光。能量收集装置8可以是透射式的短焦距正透镜，也可以是球面反射镜，综合考虑体积和重量，优选的，采用透射式正透镜收集能量可以提高系统的便携性。
在本实施例中，扩束装置5为望远镜结构，可以为透射式或者反射式的光学结构。由于反射式的结构装夹难度高，优选的，如图4所示的选择透射式的凹透镜11和凸透镜12组合的方式构成望远镜结构，实现光束的扩展功能。该结构器件构成简单，结构紧凑，稳定性高，适用于复杂的手持使用环境中。
本发明的第二种实施例通过增加至少一路激光源照射到荧光材料6同一焦点处来进一步提高出射光束的功率，实现超远距离的探照功能。如图5所示为本实施例的第一种结构，增加的激光源可以只包括独立的第二激光器13，与第一光路共用其他装置，如图5所示，该方式增加的第二激光器13需要与激光器1并行排列；本实施例的第二种结构如图6所示，增加的激光源可以包括独立的第二激光器13和第二整形与准直装置14，与第一光路共用其他器件，该结构要求至少两路的激光源，包括激光器和整形与准直装置的横截面面积小于聚焦装置的横截面面积，使聚焦装置在有效通光孔径范围内，可以容纳下所有准直后的激光，尽可能减小像差；本实施例的第三种结构如图7所示，采用两路独立的激光器1，包括独立的第二激光器13、第二整形与准直装置14和第二聚焦装置15，与第一光路共用其他器件。该结构要求所有激光源从聚焦装置得到的激光焦点在荧光材料6上重合。
需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种探照装置，其特征在于，包括激光器（1）、整形与准直装置（2）、聚焦装置（3）、波长转换装置（4）和扩束装置（5）；激光器（1）发射激光，整形与准直装置（2）将激光整形后调整为发散角不大于1°的近似平行光，聚焦装置（3）将近似平行光的光束聚焦于波长转换装置（4），波长转换装置（4）受到光束的照射发生荧光效应产生荧光，荧光与剩余的激光共同通过扩束装置（5）混合成白光扩束后出射。
2.根据权利要求1所述的探照装置，其特征在于，所述的激光器（1）是能够激发波长转换装置（4）中的荧光材料（5）产生荧光效应的任意波长的激光器，优选的为蓝光半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的探照装置，其特征在于，所述的整形与准直装置（2）包括光束准直器（21）和光束整形器（22）；所述的光束准直器（21）是具有焦距特征的光学装置，可以是透射式的正透镜或球面反射镜，起到将激光束调整为发散角不大于1°的近似平行光的作用；所述的光束整形器（22）将激光束横截面调整为任意形状，优选的，光束整形器（22）为柱透镜。
4.根据权利要求1所述的探照装置，其特征在于，所述的聚焦装置（3）为带有焦距的光学装置，可以是透射式的凸透镜，也可以是球面反射镜，聚焦装置（3）将准直后的激光束聚焦于波长转换装置（4）的荧光材料（5）上。
5.根据权利要求1所述的探照装置，其特征在于，所述的波长转换装置（4）包括可以被激光器（1）出射的激光激发的荧光材料（6）、散热装置（7）和光能量收集装置（8）；特别的，光能量收集装置为将受激发的荧光收集并按指定方向发散角不大于1°的近似平行出射的光学系统，可以是透射式的透镜，也可以是反射式的光收集装置。
6.根据权利要求1所述的探照装置，其特征在于，所述的扩束装置（5）为采用望远镜结构的光学系统，将荧光与激光合束后，扩束到所需要的任意光束横截面直径和发散角的尺寸；优选的，采用凹透镜和凸透镜组合。
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