CN106369485A - 激光探照灯 - Google Patents

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龙涛
邹诚
韩捷飞
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    • F21V9/30—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source

Abstract

本发明提供了一种激光探照灯，包括：激光二极管，透反镜，第一聚焦透镜组，第二聚焦透镜组，荧光粉层，散射层，第一出光透镜，第二出光透镜，LED光源。从激光二极管出射的激光先经过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，第一出光透镜和第二出光透镜共焦布置，他们之间形成一个共焦平面，LED光源设置在共焦平面上或其附近。这样，通过激光和LED的结合，得到远距离照明和近距离照明都适用的激光探照灯。

Description

激光探照灯
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通常在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。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，使得通过调焦来改变光束发散角的方案变得非常困难。
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结构，包括：光二极管，透反镜，第一聚焦透镜组，第二聚焦透镜组，荧光粉层，散射层，第一出光透镜，第二出光透镜，LED。从激光二极管出射的激光先经过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，第一出光透镜和第二出光透镜共焦布置，他们之间形成一个共焦平面，LED设置在共焦平面上或其附近。这样，通过在远距离照明光束的焦点附近设置LED光源，当需要照远时，开启激光，光束发散角小；当需要照近时，开启LED，光束发散角大。通过激光和LED的组合，可以极大扩展激光探照灯的照明范围，得到远距离照明和近距离照明都适用的激光探照灯。
附图说明
图1是本发明的激光探照灯第一实施例的结构示意图。
具体实施方式
图1是本发明设计的激光探照灯第一实施例的结构示意图。本实施例的激光探照灯包括激光二极管101，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，第一出光透镜107，第二出光透镜108，LED光源 109。其中，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出射的准直激光作为入射激光光束，先经透反镜102分光变成两束，一束进入反射光路，一束进入透射光路。位于反射光路的第一聚焦透镜组103将透反镜102反射的激光聚焦到荧光粉层105上，位于透射光路的第二聚焦透镜组104将透反镜102透射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出射光，该出射光最后经过第一出光透镜107和第二出光透镜108出射。
在本实施例中，优选的，透反镜102相对于入射激光束成45°倾斜设置，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。
在本实施例中，还包括第一出光透镜107和第二出光透镜108，他们组成共焦系统对透反镜102输出的光束进行扩束准直。通常从透反镜102输出的光束具有几度的发散角，为了获得发散角小于1°的远距离照明光束，该混合光还需进一步扩束准直。优选的，第一出光透镜107和第二出光透镜108都是凸透镜，他们彼此的焦点重合或接近，两焦点之间的间距应小于5mm，如此便在第一出光透镜107和第二出光透镜108之间形成了一个共同的焦平面，从透反镜102输出的光束经该共焦系统的扩束准直可形成发散角小于1°的远距离照明光束。为了获得发散角较大的近距离照明光束，本发明在第一出光透镜107和第二出光透镜108共同的焦平面附近，还设置有LED光源109。该LED光源109具有较大的发光面积，中间镂空形成激光模组输出光束的光学通道，该光通道的大小正好让第一出光透镜107汇聚的光束大部分通过。当需要远距离照明光束时，点亮激光，从激光模组出射的混合光束经第一出光透镜107汇聚从LED光源109中心通过，形成发散角小的远距离照明光束；当需要近距离照明光束时，点亮LED光源109，由于LED光源109的发光面积较大，从LED光源109出射的光经第二出光透镜108汇聚，形成发散角大的近距离照明光束。通过激光和LED的组合，可以得到远近距离照明都适用的探照灯。
在本实施例中，LED光源109设置在第一出光透镜107和第二出光透镜108共同的焦平面附件，因为从激光模组出射的远距离照明光束在焦平面附件的光束截面最小，在该处有足够的空间去布置LED光源109。LED光源109的排布形式并不限定，最好环绕焦点对称布置，可以布置两颗或者四颗，或者绕焦点一圈。从LED光源109出射的光可以是180°朗伯分布的，也可以是经过一次光学透镜之后的具有一定发散角的光束，优选的，可以通过一次光学透镜，使LED光源109的出光角度小于120度，从而使更多的光能被第二出光透镜108收集出射。LED光源109的发光面积和最后出射光束的发散角直接相关。为了获得更大发散角的近距离照明光束，在本实施例中可进一步设置调节装置，该调节装置可调节LED光源109相对第二出光透镜108的距离，例如，采用传统LED手电的调焦方案，通过调节LED光源相对第二出光透镜108的距离，可进一步增加从LED出射光束的发散角，即近距离照明光束的发散角。
在本发明中，通过在远距离照明光束的焦点附近设置LED光源109，当需要照远时，开启激光，光束发散角小；当需要照近时，开启LED光源109，光束发散角大。通过激光和LED的组合，可以极大扩展激光探照灯的照明范围，得到远距离照明和近距离照明都适用的激光探照灯，而且通过电子开关就能实现切换功能，方便快捷无延时。
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 (8)

1.一种激光探照灯，其特征在于，包括：
激光二极管，透反镜，第一聚焦透镜组，第二聚焦透镜组，荧光粉层，散射层，第一出光透镜，第二出光透镜，LED光源；从激光二极管出射的激光先经过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；第一出光透镜和第二出光透镜之间形成一个共焦平面；LED光源设置在所述共焦平面上或其附近。
2.如权利要求1所述的激光探照灯，其特征在于，所述第一出光透镜和第二出光透镜为正透镜或正透镜组，两个透镜的焦点重合或焦点之间的距离小于5mm。
3.如权利要求2所述的激光探照灯，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。
4.如权利要求1所述的激光探照灯，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。
5.如权利要求4所述的激光探照灯，其特征在于，所述透反镜对入射的激光实现20%透射，80%反射，同时透射从荧光粉层出射的黄光。
6.如权利要求1所述的激光探照灯，其特征在于，所述LED光源上带有LED光学透镜，所述LED光学透镜使LED的出光角度小于180度。
7.如权利要求1所述的激光探照灯，其特征在于，所述LED光源布置在第一出光透镜的焦平面附近，并围绕第一出光透镜的光轴排布。
8.如权利要求1所述的激光探照灯，其特征在于，还包括调节装置，所述调节装置可调节LED光源相对于第一出光透镜的距离或可调节LED光源相对于第二出光透镜的距离。
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