CN107461701A - 一种光投射装置及照明灯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开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，还包括与所述激光源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激光源单元的位置使其发出的激光束的光轴经过所述反射单元的焦点，同时所述第二调节单元调节所述波长转换单元的位置使其位于所述反射单元的焦点处。通过第一调节单元和第二调节单元分别调节激光源单元和波长转换单元的位置使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。

Description

一种光投射装置及照明灯
技术领域
本发明涉及照明技术领域，具体涉及一种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，提供了一种可有效克服装配误差，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：一种光投射装置，包括激光源单元、波长转换单元和反射单元，还包括与所述激光源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，所述第一调节单元和第二调节单元分别调节所述激光源单元和波长转换单元的位置使所述激光源单元出射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激光源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用于透过所述激光束的通光部。
进一步的，所述反射单元为曲面镜，所述激光束与所述反射单元之间的夹角为80～90°。
进一步的，所述激光源单元包括至少一个激光源和一个光路转折单元，所述激光源发出的激光束经过所述光路转折单元后透过所述反射单元并投射至所述波长转换单元上，所述第一调节单元连接所述激光源或所述光路转折单元，调节所述激光源或所述光路转折单元的倾斜角度。
进一步的，所述激光源单元包括至少一个激光源、一个光路转折单元和一个聚焦单元，所述激光源发出的激光束依次经过所述光路转折单元和聚焦单元后透过所述反射单元并投射至所述波长转换单元上，所述第一调节单元连接所述激光源或所述光路转折单元或所述聚焦单元，调节所述激光源或所述光路转折单元的倾斜角度或调节所述聚焦单元的位置。
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。
进一步的，所述第一调节单元和第二调节单元采用电动调节机构或手动调节机构或两者的结合。
本发明还提供了一种照明灯，包括上述的光投射装置。
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，还包括与所述激光源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激光源单元的位置使其发出的激光束的光轴经过所述反射单元的焦点，同时所述第二调节单元调节所述波长转换单元的位置使其位于所述反射单元的焦点处。通过第一调节单元调节激光源单元的位置，同时通过第二调节单元调节波长转换单元的位置，从而使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及照明灯的结构示意图。
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；40、第一调节单元；410、调节螺丝；420、弹性件；50、第二调节单元；60、安装基板；610、通孔；70、支架；710、第一固定件；720、第二固定件；730、第三固定件；80、风扇。
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，还包括与所述激光源单元10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调节所述激光源单元10的位置使其发出的激光束的光轴经过所述反射单元30的焦点，同时所述第二调节单元50调节所述波长转换单元20的位置使其位于所述反射单元30的焦点处，此时所述激光源单元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20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，通过设置第一调节单元40调节激光源单元10的位置，同时通过第二调节单元50调节波长转换单元20的位置，使激光源单元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，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带动所述激光源单元10实现六自由度调节，所述第二调节单元50带动所述波长转换单元20实现六自由度调节，本文中的六自由度调节表示沿X、Y、Z(或u1、v1、w1)轴移动和绕X、Y、Z(或u1、v1、w1)轴转动。
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分别调节所述激光源单元10和波长转换单元30相对所述安装基板60的位置。具体的，将激光源单元10、波长转换单元20和反射单元30安装于同一块安装基板60上，如此在使用时即可相对同一个基准进行安装和调节，可以降低安装和调节难度及复杂度，提高了安装和调节精度。
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，所述反射单元30采用曲面镜，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，所述第一调节单元40连接所述激光源110或光路转折单元120，调节所述激光源110或所述光路转折单元120的倾斜角度，即调节激光源110的激光束出射角度或调节经光路转折单元120转折后的光线角度，从而使激光束顺利透过通光部310投射至波长转换单元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上即可。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，即此时聚焦单元130的焦点与反射单元30的焦点重合，同时也可以通过调整该聚焦单元130的曲面从而使激光束入射到波长转换单元20上时形成合适大小的光。此时，所述第一调节单元40可以连接所述聚焦单元130，调节所述聚焦单元130的位置，如通过平移或旋转聚焦单元130，从而使激光束顺利透过通光部310投射至波长转换单元20上。需要说明的是，为了降低激光源单元10的结构复杂度，只需调节激光源110、光路转折单元120和聚焦单元130三者中的一者即可。
本实施例中，激光源单元10通过支架70固定于所述安装基板60上，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与所述支架70活动连接，所述第一调节单元40连接所述第一固定件710或第二固定件720或第三固定件730，当然第一调节单元40可以同时连接第一固定件710、第二固定件720或第三固定件730中的两者或者三者，即实现对激光源110、光路转折单元120、聚焦单元130中的两者或三者进行同时调节，当然，为了简化装置结构和调节复杂度，第一调节单元40只需调节其中一者即可，同样可以达到设计精度，其中调节光路转折单元120的难度最低，操作最简单，效果最显著。此时第一固定件710、第二固定件720或第三固定件730只需其中一者与支架70活动连接，另外两者可以直接固定在支架70上，以简化结构，降低安装难度。当然，此处也可以不使用支架70，将激光源110、光路转折单元120和聚焦单元130分别通过固定件活动安装于安装基板60上，然后通过第一调节单元40带动对应的固定件实现六自由度调节。
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，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410或调节螺杆与弹性件420的组合，该弹性件420可以采用弹簧、柔性垫片、硅胶、橡胶等。本实施例中，以调节光路转折单元120为例，此处光路转折单元120为平面反射镜，第二固定件720采用大于所述平面反射镜固定板，此处的大于是指固定板的长度或宽度或长度和宽度均大于平面反射镜，以避免将第二固定件720通过螺丝安装到支架70上时需穿过平面反射镜而造成损坏，将平面反射镜可拆卸固定于所述固定板的中部位置，如通过粘接工艺粘覆在固定板上，或者通过透明卡扣等部件设于固定板上，也可以采用其他方式，只要能实现可拆卸固定的效果同时不影响激光束正常反射即可。如图1所示，支架70为由若干安装板拼接而成且与反射单元30对应的侧面及上方具有开口的空心壳体结构，当然支架也70也可以采用其他结构，只要能实现相同的作用即可。激光源110通过第一固定件710安装于该空心壳体结构内，第二固定件720即固定板倾斜安装于支架70上方，与该空心壳体结构的前后两块安装板上方通过第一调节单元40连接，固定板的倾斜角度根据激光源110的激光束出射角度和反射单元30的位置设定，如图1中，固定板与水平方向的夹角为20～30度，所述第一调节单元40包括若干调节螺丝410和套设于所述调节螺丝410上的弹簧，本实施例中，调节螺丝70设有4个，分设于固定板的四个角，避开平面反射镜的位置，支架70设有分别大于所述调节螺丝410的螺丝孔和与所述弹簧的限位孔，螺丝孔的半径小于限位孔的半径，且从位置上看螺丝孔从限位孔中穿出后向下延伸，固定板上设有尺寸大于所述调节螺丝410的贯通孔，在安装时，将弹簧置于限位孔中，接着将调节螺丝410由上至下依次插入所述贯通孔和弹簧，并向下旋入螺丝孔中，在调节时，根据需要分别调节四个角的调节螺丝410即可实现对平面反射镜六自由度的调节，此处只需进行四自由度调节即可，即沿w1向运动和绕u1、v1、w1轴转动，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，调节完成之后通过调节螺丝410进行压紧固定。当然也可以将固定板通过铰链等活动设于支架70上，然后使用电机或其他电动调节机构带动固定板和平面反射镜实现六自由度调节。聚焦单元130通过第三固定件730安装于支架70靠近反射单元30的一侧。此外为了避免激光源110发热量多大而损坏，在靠近支架70靠近激光源110的一侧设置一风扇80，保证散热效果。
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、反射单元20和波长转换单元30，还包括与所述激光源单元10连接的第一调节单元40以及与所述波长转换单元30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分别调节所述激光源单元10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调节激光源单元10的位置，同时通过第二调节单元50调节波长转换单元20的位置使激光源110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)

1.一种光投射装置，包括激光源单元、波长转换单元和反射单元，其特征在于，还包括与所述激光源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激光源单元的位置使其发出的激光束的光轴经过所述反射单元的焦点，同时所述第二调节单元调节所述波长转换单元的位置使其位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激光源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用于透过所述激光束的通光部。
4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，所述反射单元为曲面镜，所述激光束与所述反射单元之间的夹角为80～90°。
5.根据权利要求3所述的光投射装置，其特征在于，所述激光源单元包括至少一个激光源和一个光路转折单元，所述激光源发出的激光束经过所述光路转折单元后透过所述反射单元并投射至所述波长转换单元上，所述第一调节单元连接所述激光源或所述光路转折单元，调节所述激光源或所述光路转折单元的倾斜角度。
6.根据权利要求3所述的光投射装置，其特征在于，所述激光源单元包括至少一个激光源、一个光路转折单元和一个聚焦单元，所述激光源发出的激光束依次经过所述光路转折单元和聚焦单元后透过所述反射单元并投射至所述波长转换单元上，所述第一调节单元连接所述激光源或所述光路转折单元或所述聚焦单元，调节所述激光源或所述光路转折单元的倾斜角度或调节所述聚焦单元的位置。
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。
10.一种照明灯，其特征在于，包括权利要求1～9任一项所述的光投射装置。
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