CN107388118A - 光投射装置及照明灯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光投射装置及照明灯，该光投射装置包括激光源单元、反射单元和波长转换单元，还包括与反射单元连接的第一调节单元以及与波长转换单元连接的第二调节单元，第一调节单元调节反射单元的位置，同时第二调节单元调节波长转换单元的位置，从而使激光源单元发出的激光束的光轴与波长转换单元相交于反射单元的焦点处。通过第一调节单元调节反射单元的位置，同时通过第二调节单元调节波长转换单元的位置，最终使激光源出射的激光束的光轴与波长转换单元相交于反射单元的焦点，有效避免存在装配误差而导致激光束的投射角度、以及反射单元和波长转换单元的相对位置达不到设计要求的问题，大大提高了照明效果。

Description

光投射装置及照明灯

技术领域

本发明涉及本发明涉及照明技术领域，具体涉及光投射装置及照明灯。

背景技术

随着半导体技术的发展，LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光源因具有高效，节能，环保、成本低以及寿命长等优点，正逐步取代传统的白炽灯和节能灯，成为一种通用的照明光源。

在现有的LED汽车大灯中，LED光源位于车灯反光碗的焦点处，LED光源出射的光束经车灯反光碗收集以及后端光学系统(包括挡板、透镜等)的配光，最终投射出所需要的远近光场分布。该种可以得到满足需求的汽车大灯近光的配光分布，然而在形成远光分布时，由于受到当前LED光源亮度的限制，通常存在中心照度明显不够的问题，在例如舞台灯光照明、汽车大灯、投影显示等需要超高亮度光源的应用领域，LED光源便难以满足要求了。

针对上述问题，现有技术中提出一种激光照明灯，通过在车灯反光碗外侧设置激光源发射激光束并投射至车灯反光碗内侧的荧光材料上，激发出荧光并经过车灯反光碗反射后按指定方向出射，以形成在规定的立体角内行进的光束。而激光束的投射角度、以及车灯反光碗和荧光材料的相对位置都是固定的，即满足荧光材料相交于车灯反光碗内侧的焦点处，激光束透过车灯反光碗以一定角度投射到荧光材料上，然而由于实际应用中经常存在装配误差，从而导致激光束的投射角度、以及车灯反光碗和荧光材料的相对位置达不到设计要求，最终影响照明效果。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种有效克服装配误差，提高照明效果光投射装置及照明灯。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：光投射装置，包括激光源单元、波长转换单元和反射单元，还包括与所述反射单元连接的第一调节单元以及与所述波长转换单元连接的第二调节单元，所述第一调节单元调节所述反射单元的位置，同时所述第二调节单元调节所述波长转换单元的位置，从而使激光源单元发出的激光束的光轴与所述波长转换单元相交于所述反射单元的焦点处。

进一步的，还包括安装基板，所述激光源单元、波长转换单元和反射单元设于所述安装基板上，所述第一调节单元和第二调节单元分别调节所述反射单元和波长转换单元相对所述安装基板的位置。

进一步的，所述激光源单元和波长转换单元分设于所述反射单元的两侧，所述反射单元上设有与所述激光束相适配的通光部。

进一步的，所述反射单元底部向下凸设一固定块，所述安装基板上设有尺寸大于所述固定块的安装槽，所述固定块限位于所述安装槽内，所述第一调节单元设于所述安装槽与所述固定块之间，带动所述反射单元相对所述安装基板进行六自由度运动。

进一步的，所述第一调节单元包括X向调节件、Y向调节件和Z向调节件。

进一步的，所述X向调节件包括至少一个压电陶瓷和至少一个弹簧，所述压电陶瓷和弹簧分别设于所述固定块沿X向的两侧，所述Y向调节件包括至少一个压电陶瓷和至少一个弹簧，所述压电陶瓷和弹簧分别设于所述固定块沿Y向的两侧，所述Z向调节件包括若干调节螺丝和设于所述固定块底部与所述安装槽之间的弹性件，所述固定块上设有与所述调节螺丝相适配的通孔，所述安装槽的底面上分别设有尺寸大于所述调节螺丝的螺孔和尺寸大于所述弹性件的限位孔，所述调节螺丝依次穿过所述固定块、弹性件后向下插入所述安装槽的螺孔中。

进一步的，所述波长转换单元包括荧光层，所述荧光层活动设于所述安装基板上且与所述第二调节单元连接，相对所述安装基板移动。

进一步的，所述波长转换单元还包括用于固定所述荧光层的支撑底座，所述荧光层可拆卸固定于所述支撑底座上，所述安装基板上设有尺寸大于所述支撑底座其中一端的通孔，所述支撑底座的对应一端穿设于所述通孔内，下端与所述第二调节单元连接。

进一步的，所述支撑底座包括导热件和散热底座，所述安装基板上与所述反射单元的焦点对应处设有尺寸大于所述导热件的通孔，所述导热件下端固定于所述散热底座上，上端由下至上从所述通孔中穿出后与所述荧光层连接，所述散热底座连接至所述第二调节单元，所述第二调节单元采用电动调节机构或手动调节机构。

本发明还提供照明灯，包括如上所述的光投射装置。

本发明提供了一种光投射装置及照明灯，所述光投射装置包括激光源单元、反射单元和波长转换单元，还包括与所述反射单元连接的第一调节单元以及与所述波长转换单元连接的第二调节单元，所述第一调节单元调节所述反射单元的位置，同时所述第二调节单元调节所述波长转换单元的位置，从而使激光源单元发出的激光束的光轴与所述波长转换单元相交于所述反射单元的焦点处。通过第一调节单元调节反射单元的位置，使反射单元的焦点位于激光束的光轴上，同时通过第二调节单元调节波长转换单元的位置，使波长转换单元位于所述反射单元的焦点处，此时激光源出射的激光束的光轴与波长转换单元相交于所述反射单元的焦点，有效避免存在装配误差而导致激光束的投射角度、以及反射单元和波长转换单元的相对位置达不到设计要求的问题，大大提高了照明效果。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式中光投射装置的结构示意图；

图2是本发明一具体实施方式中反射单元与安装基板的俯视图。

图中所示：10、激光源单元；110、激光源；120、光路转折单元；130、聚焦单元；20、波长转换单元；210、荧光层；220、支撑底座；230、导热件；240、散热底座；30、反射单元；310、通光部；320、固定块；40、第一调节单元；41、X向调节件；410、压电陶瓷；411、弹簧；42、Y向调节件；43、Z向调节件；430、调节螺丝；431、弹性件；50、第二调节单元；60、安装基板；61、安装槽；610、通孔；70、第一支架；710、第一固定件；720、第二固定件；730、第三固定件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

如图1所示，本发明提供了一种光投射装置，包括激光源单元10、波长转换单元20和反射单元30，还包括与所述反射单元30连接的第一调节单元40以及与所述波长转换单元20连接的第二调节单元50，所述第一调节单元40和第二调节单元50分别调节所述反射单元30和波长转换单元20的位置，从而使所述激光源单元10出射的激光束的光轴与所述波长转换单元20相交于所述反射单元30的焦点处。具体的，在该装置中，激光源单元10发射的激光束投射至所述波长转换单元30上并激发出荧光，所述荧光经过所述反射单元30反射后按指定方向出射，以形成在规定的立体角内行进的光束，而根据设计要求，需保证激光源单元10出射的激光束的光轴与所述波长转换单元20相交于所述反射单元20的焦点处，从而保证波长转换单元20上激发出的荧光经所述反射单元30反射后形成平行光出射，即为平行的照明光。然而在实际应用中由于不可避免的装配误差，导致激光源单元10、波长转换单元20和反射单元30的位置精度达不到设计要求，本发明中，首先通过设置第一调节单元40调节反射单元30的位置，使反射单元30的焦点位于所述激光束的光轴上，接着通过第二调节单元50调节波长转换单元20的位置，使波长转换单元20位于反射单元30的焦点处，此时激光源单元10出射的激光束的光轴与波长转换单元20相交于反射单元30的焦点处，即满足了设计精度要求，大大提高了照明效果。本文中，第一调节单元40带动所述反射单元30实现至少三个自由度的调节，所述第二调节单元50带动所述波长转换单元20实现至少三个自由度调节，即沿X、Y、Z轴移动和绕X、Y、Z轴转动中的至少三个自由度。

请继续参照图1，该光投射装置还包括安装基板60，所述激光源单元10、波长转换单元20和反射单元30设于所述安装基板60上，所述第一调节单元40和第二调节单元50分别调节所述波长转换单元20和波长转换单元30相对所述安装基板60的位置。

优选的，所述激光源单元10和波长转换单元20分设于所述反射单元30的两侧，所述反射单元30上设有用于透过所述激光束的通光部310。具体的，此处的两侧是指反射单元30沿光路方向的两侧，通光部310的数量可以是一个或多个，根据激光源单元10中激光源110的数量进行设计，其可以是通孔，也可以是设有可透过激光束的透明构件的通孔，或者是与反射单元30一体而成的可透过激光束的透明构件，所述可透过激光的透明构件可以是具有滤光片的透明板，该透明板可以透过激光，同时反射经波长转换单元20激发出的荧光，即白色光，如此能够防止经波长转换单元20出射的荧光从通光部310中泄漏。通光部310用于将激光束导向波长转换单元20，其可以是椭圆形、圆形或其他形状，尺寸与激光束的直径相适配，使激光束通过。将激光源单元10安装在波长转换单元20相对于反射单元30的另一侧，便于根据使用的空间条件对激光源单元10的结构和位置进行灵活设计以及便于更换，当然激光源单元10也可以安装于波长转换单元20相对反射单元30的同一侧，如此可以简化光投射装置的结构。

优选的，所述激光束与所述反射单元30之间的夹角为80～90°，所述通光部310的位置与所述激光束的位置对应，具体的，使激光束以接近90°入射到反射单元30上不仅可以减少通光部310的面积，同时提高激光源单元10和反射单元20之间的布局紧凑性，减少占用空间，降低装置的体积。

请继续参照图1，所述激光源单元10包括至少一个激光源110和一个光路转折单元120，所述激光源110发出的激光束经过所述光路转折单元120后透过所述反射单元30并投射至所述波长转换单元20上。具体的，激光源单元10中激光源110的数量根据输出光的功率，特别是照明灯的中心照度需要进行设计，当然也可以直接设置多个激光源110，在使用时根据需要选择当前工作的激光源110的数量，如通过开关等元件进行选择，如此可以进一步提高使用便捷度和通用性能。当然，若激光源110的数量为多个时，需设置相应的光束整形元件或聚焦元件，用于将多个激光源110发出的激光束转换成一束光或者多束平行光，投射至光路转折单元120上。本实施例中，激光源110设有两个，相互平行设置，其中一个发射的激光束直接投射至光路转折单元120上，另一个激光源110通过棱镜多次反射之后产生与出射光平行的光束投射到光路转折单元120上，当然此处也可以将棱镜替换成其他光路整形元件，只要使多个激光源110发出的光束汇聚成一束激光束或多束平行光束投射至光路转折单元120上。光路转折单元120用于对激光光束进行偏转，以改变其行进方向，从而使整个系统结构紧凑，光路转折单元120可以采用平面反射镜或曲面反射镜，也可以采用金属膜或介质膜等，能达到相同的效果即可。所述通光部310的数量为一个或多个，具体的，当激光源110只有一个时，通光部310也对应设有一个；当激光源110的数量为多个，即≥2个时，通光部310的数量也可以只有一个，此时，多个激光源110发射的光束共用一个通光部310；当然通光部310也可以设有多个，与激光源110一一对应，每个通光部310用于将对应激光源110发射的激光束导向波长转换单元20。本实施例中，激光源110优选为半导体激光器，也即激光二极管，具有体积小、寿命长特点，进一步降低了装置的体积，提高了使用寿命和稳定性。此处使用的半导体激光器可以是在1个芯片上具有1个发光点的元件，也可以是在1个芯片上具有多个发光点的元件。

优选的，所述激光源单元10还包括位于所述光路转折单元120和反射单元30之间的聚焦单元130。具体的，聚焦单元130可以采用聚焦透镜或其它聚焦元件，用于汇聚激光束，使其更好地通过通光部310投射到波长转换单元20上。

本实施例中，激光源单元10通过第一支架70固定于所述安装基板60上，第一支架70上设有用于固定所述激光源110的第一固定件710、用于固定所述光路转折单元120的第二固定件720和用于固定所述聚焦单元130的第三固定件730，所述第一固定件710、第二固定件720或第三固定件730与所述第一支架70固定连接，分别将激光源110、光路转折单元120和聚焦单元130固定于所述第一支架70也即安装基板60上，此处也可以不使用第一支架70对激光源单元10进行整体固定，也可以将激光源110、光路转折单元120和聚焦单元130通过相应的固定件分别固定在安装基板60上，分别进行安装和拆卸操作，也可以将激光源110、光路转折单元120、聚焦单元130中的其中两者固定在一个固定件上形成一个整体，同时安装于安装基板60上，剩下的一者通过单独的固定件固定于安装基板60上，此处对安装方式不做限制，只要能实现对激光源110的固定，同时达到方便拆卸和安装以及尽量降低占用空间即可。

请重点参照图1-2，所述反射单元30底部向下凸设一固定块320，所述安装基板60上设有尺寸大于所述固定块320的安装槽61，所述固定块320限位于所述安装槽61内，所述第一调节单元40设于所述安装槽61与所述固定块320之间，带动所述反射单元30相对所述安装基板60进行六自由度运动。优选的，所述第一调节单元40采用电动调节机构或手动调节机构或两者的结合，本实施例中，所述第一调节单元40采用电动调节与机械调节相结合的方式，包括X向调节件41、Y向调节件42和Z向调节件43。其中，所述X向调节件41包括至少一个压电陶瓷410和至少一个弹簧411，所述压电陶瓷410和弹簧411分别设于所述固定块320沿X向的两侧，具体的，通过控制位于X向其中一侧的压电陶瓷410电压和频率从而控制其变形量，同时X向另一侧的弹簧411也会发生相应的变形，从而起到调节固定块320的X向位置的效果。所述Y向调节件42包括至少一个压电陶瓷410和至少一个弹簧411，所述压电陶瓷410和弹簧411分别设于所述固定块320沿Y向的两侧，具体的，通过控制位于Y向其中一侧的压电陶瓷410电压和频率从而控制其变形量，同时Y向另一侧的弹簧411也会发生相应的变形，从而起到调节固定块320的Y向位置的效果。图1-2中，X向调节件41和Y向调节件42中分别设有一个压电陶瓷410和一个弹簧411，当然根据调节稳定性需要也可以设置多个压电陶瓷410和多个弹簧411，且压电陶瓷410和弹簧411的数量也无需一一对应，可以在其中一侧设置多个压电陶瓷410，在另一侧设置一个弹簧411，或者在其中一侧设置一个压电陶瓷410，在另一个设置多个弹簧411，此外，上述的弹簧411也可以采用其他伸缩件，如具有弹性的金属垫片或硅胶等。所述Z向调节件43包括若干调节螺丝430和设于所述固定块320底部与所述安装槽61之间的弹性件431，所述固定块320上设有与所述调节螺丝430相适配的通孔，所述安装槽61的底面分别设有尺寸大于所述调节螺丝430的螺孔和尺寸大于所述弹簧411的限位孔，所述调节螺丝430依次穿过所述固定块31、弹簧411后向下插入所述安装槽61的螺孔中。此处弹性件411可以采用弹簧、金属垫片、硅胶垫片、橡胶垫片或者其他具有弹性变形的垫片，本实施例中，Y向调节件42设有四组，分别与固定块320的四个角对应，在对固定块320进行X向和Y向调节结束后，根据需要分别调节四个角的调节螺丝430即可实现对固定块320四自由度的调节，即沿Y向运动及绕X、Y、Z轴转动，使反射单元30的焦点位于激光束的光轴上，即使激光束顺利透过通光部310后投射至反射单元30的焦点处。当然也可以不在安装基板60上开设安装槽61，X向调节件41和Y向调节件42直接采用电机或气缸，通过电机或气缸分别带动固定块320沿X向或Y向运动，实现X向和Y向的调节，接着采用上述结构的Z向调节件43实现固定块320四自由度的调节，即沿Y向运动及绕X、Y、Z轴转动，调节完成之后通过调节螺丝430进行压紧固定。

优选的，所述波长转换单元20包括荧光层210，所述荧光层210活动设于所述安装基板60上且与所述第二调节单元50连接，第二调节单元50带动荧光层210相对所述安装基板60移动，具体的沿X轴、Y轴和Z轴实现三自由度调节，从而使荧光层210位于反射单元30的焦点处。荧光层210可以是在包封基材的内部分散有荧光体粒子的部件或固定有荧光体粒子的部件。作为荧光层210的包封基材，优选透明性高、耐热性高的材料，可以是玻璃材(如无机玻璃、有机无机混合玻璃等)、硅树脂等的树脂材料。其中玻璃材可以使用低熔点玻璃。荧光层210优选为圆形结构。

优选的，所述波长转换单元20还包括用于固定所述荧光层210的支撑底座220，所述荧光层210可拆卸固定于所述支撑底座220上，所述安装基板60上设有尺寸大于所述支撑底座220其中一端的通孔610，所述支撑底座220的对应一端穿设于所述通孔610内，下端与所述第二调节单元50连接，在第二调节单元50的带动下沿X轴、Y轴和Z轴移动。优选的，所述支撑底座220包括导热件230和散热底座240，所述通孔610位于所述反射单元30的焦点处，且直径大于所述导热件230的直径，所述导热件230下端固定于所述散热底座240上，上端由下至上从所述通孔610中穿出后与所述荧光层210连接，所述散热底座240连接至所述第二调节单元50。具体的，安装基板60上荧光层210可拆卸固定于导热件230上端，导热件230下端固定于散热底座240上，将荧光层210上产生的热量散发出去，导热件230采用热导率高的金属或陶瓷材料制成，如采用铜制成，导热性好，成本低。所述第二调节单元50采用电动调节机构或手动调节机构或两者的结合，其中电动调节机构可以是电机或气缸或压电陶瓷，手动调节机构可以是调节螺丝或调节螺杆与弹性件的组合，该弹性件可以采用弹簧、柔性垫片或硅胶。本实施例中，以第二调节单元50采用电机为例，将散热底座240连接至一电机的输出端，通过电机带动散热底座240及导热件230沿X轴或Y轴或Z轴方向运动，从而使荧光层210位于反射单元30的焦点处。

本发明还提供了一种照明灯，包括上述光投射装置，当然还可以包括位于所述光投射装置即反射单元30出光口处的挡板和投影透镜，构成一个整体照明灯，用作车辆前照灯或其他照明领域。

综上所述，本发明提供了一种光投射装置及照明灯，所述光投射装置包括激光源单元10、波长转换单元20和反射单元30，还包括与所述反射单元30连接的第一调节单元40以及与所述波长转换单元20连接的第二调节单元50，所述第一调节单元40和第二调节单元50分别调节所述反射单元30和波长转换单元20的位置使所述激光源单元10出射的激光束的光轴与所述波长转换单元20相交于所述反射单元30的焦点处。通过第一调节单元40调节反射单元30的位置，使反射单元30的焦点位于激光束的光轴上，同时通过第二调节单元50调节波长转换单元20的位置，使波长转换单元20位于所述反射单元30的焦点处，最终使激光源出射的激光束的光轴与波长转换单元20相交于所述反射单元30的焦点，有效避免存在装配误差而导致激光束的投射角度、以及反射单元30和波长转换单元20的相对位置达不到设计要求的问题，大大提高了照明效果。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.光投射装置，包括激光源单元、波长转换单元和反射单元，其特征在于，还包括与所述反射单元连接的第一调节单元以及与所述波长转换单元连接的第二调节单元，所述第一调节单元调节所述反射单元的位置，同时所述第二调节单元调节所述波长转换单元的位置，从而使激光源单元发出的激光束的光轴与所述波长转换单元相交于所述反射单元的焦点处。

2.根据权利要求1所述的光投射装置，其特征在于，还包括安装基板，所述激光源单元、波长转换单元和反射单元设于所述安装基板上，所述第一调节单元和第二调节单元分别调节所述反射单元和波长转换单元相对所述安装基板的位置。

3.根据权利要求2所述的光投射装置，其特征在于，所述激光源单元和波长转换单元分设于所述反射单元的两侧，所述反射单元上设有与所述激光束相适配的通光部。

4.根据权利要求3所述的光投射装置，其特征在于，所述反射单元底部向下凸设一固定块，所述安装基板上设有尺寸大于所述固定块的安装槽，所述固定块限位于所述安装槽内，所述第一调节单元设于所述安装槽与所述固定块之间，带动所述反射单元相对所述安装基板进行六自由度运动。

5.根据权利要求4所述的光投射装置，其特征在于，所述第一调节单元包括X向调节件、Y向调节件和Z向调节件。

6.根据权利要求5所述的光投射装置，其特征在于，所述X向调节件包括至少一个压电陶瓷和至少一个弹簧，所述压电陶瓷和弹簧分别设于所述固定块沿X向的两侧，所述Y向调节件包括至少一个压电陶瓷和至少一个弹簧，所述压电陶瓷和弹簧分别设于所述固定块沿Y向的两侧，所述Z向调节件包括若干调节螺丝和设于所述固定块底部与所述安装槽之间的弹性件，所述固定块上设有与所述调节螺丝相适配的通孔，所述安装槽的底面上分别设有尺寸大于所述调节螺丝的螺孔和尺寸大于所述弹性件的限位孔，所述调节螺丝依次穿过所述固定块、弹性件后向下插入所述安装槽的螺孔中。

7.根据权利要求2所述的光投射装置，其特征在于，所述波长转换单元包括荧光层，所述荧光层活动设于所述安装基板上且与所述第二调节单元连接，相对所述安装基板移动。

8.根据权利要求7所述的光投射装置，其特征在于，所述波长转换单元还包括用于固定所述荧光层的支撑底座，所述荧光层可拆卸固定于所述支撑底座上，所述安装基板上设有尺寸大于所述支撑底座其中一端的通孔，所述支撑底座的对应一端穿设于所述通孔内，下端与所述第二调节单元连接。

9.根据权利要求8所述的光投射装置，其特征在于，所述支撑底座包括导热件和散热底座，所述安装基板上与所述反射单元的焦点对应处设有尺寸大于所述导热件的通孔，所述导热件下端固定于所述散热底座上，上端由下至上从所述通孔中穿出后与所述荧光层连接，所述散热底座连接至所述第二调节单元，所述第二调节单元采用电动调节机构或手动调节机构。

10.照明灯，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的光投射装置。