CN107702001A - 一种激光路灯 - Google Patents

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Abstract

一种激光路灯，包括依次连接固定的光纤、外壳Ⅰ、透镜组合、固定装置、荧光粉器件、反光碗、配光透镜和压盖；光纤出光端固定在固定外壳内，透镜组合固定在固定装置内；荧光粉器件固定在固定装置内，压盖将配光透镜固定在固定装置内。本发明的有益效果是：不仅光损小、组装简单、维护方便，且可照射出有利于人眼的柔和均匀的光，整体光能的利用率高达90%，节约了能源。

Description

一种激光路灯
技术领域
本发明涉及一种照明技术领域，具体涉及一种激光路灯。
背景技术
随着发光二极管(Light Emitting Diode，LED)和激光二极管(Laser Diode，LD)的广泛应用，由激光激发荧光粉产生的荧光作为光源的照明装置也逐步盛行起来。利用激光激发荧光粉产生的白光的激光照明器件也得到进一步发展。
在路灯照明方面，LED虽然具有寿命长、节能环保等优点。二次光学设计是决定LED路灯的配光曲线、输出光效、均匀度、以及眩光指数的一项重要技术。现有市场上大部分的高功率白光LED的光度分布是郎伯分布，光斑是圆形的，峰值光强一半位置处的光束角的全宽度约为120°，如果没有经过二次光学的配光设计，那么照在马路上的光斑会是一个“圆饼”，大约一半左右的光斑会散落到马路之外而浪费掉，并且光斑的中间会比较亮，到周围会逐渐变暗，这种灯装在马路上之后，路灯之间会形成很明显的明暗相间的光斑分布，对司机造成视觉疲劳，引发事故。
现有路灯激光应用方面，激光激发荧光粉产生的白光的应用也慢慢的发展起来。如专利申请号CN201710206197.8所述的一种新型激光路灯，包括灯壳、散热挡板、激光照明模块和透光面罩，灯壳和散热挡板组合形成一个腔体，散热挡板与透光面罩相连，透光面罩下设置有一个或多个激光照明模块。激光照明模块包括光学器件和支架，光学器件固定在支架上。光学器件包括从下往上依次固定在支架上的激光光源、准直透镜、聚焦透镜、荧光粉胶片、二次配光元件TIR透镜和衍射光学元件。因为通过调节二次配光元件TIR透镜与荧光粉胶片的位置，将大角度发散光束经过全内反射后得到有效的收集，这样导致了部分光束的损失；准直透镜与所述聚焦透镜同心放置，使得组装复杂；光学器件包括从下往上依次固定在支架上，因为固定在支架上且支架为一个整体，不易于维护。
总之，LED在路灯上的使用过程中存在资源浪费，且易引起视觉疲劳；而现有的激光路灯的使用，也因其结构和使用的原因存在光束损失、组装复杂、不易维护的不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光路灯，它不仅光损小、组装简单、维护方便，且可照射出有利于人眼的柔和均匀的光，整体光能的利用率高达90%，节约了能源。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，本发明提供一种激光路灯，其包括依次连接固定的光纤、外壳Ⅰ、透镜组合、固定装置、荧光粉器件、反光碗、配光透镜和压盖；光纤出光端固定在固定外壳内，透镜组合固定在固定装置内；荧光粉器件固定在固定装置内，压盖将配光透镜固定在固定装置内。
本发明中，光纤出光端固定在固定外壳内，透镜组合固定在固定装置内；荧光粉器件固定在固定装置内，压盖将配光透镜固定在固定装置内；光纤发出的光束经过透镜组合进行整形后射在荧光粉器件上，通过配光透镜进行配光进而产生所需要的光斑。本发明中，相互的连接固定关系均是匹配可拆卸结构连接，组装简单、维护方便；透镜组合与配光透镜对激光光束进行准直、整形以及最终的配光，可照射出有利于人眼的柔和均匀的光。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：不仅光损小、组装简单、维护方便，且可照射出有利于人眼的柔和均匀的光，整体光能的利用率高达90%，节约了能源。
附图说明
图1为本发明激光路灯的一种结构示意图。
图2为本发明激光路灯的一种爆炸示意图。
图3为本发明激光路灯透镜组合的一种示意图。
图4为本发明激光路灯透镜组合产生光斑的一种点列示意图。
图5为本发明激光路灯远离灯头10米处观察面的光斑分布示意图。
图6为本发明激光路灯的一种荧光粉器件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明激光路灯，包括依次连接固定的光纤1、外壳Ⅰ2、透镜组合3、固定装置4、荧光粉器件5、反光碗6、配光透镜7和压盖8；光纤1出光端固定在外壳Ⅰ2内，透镜组合3固定在固定装置4内；荧光粉器件5固定在固定装置4内，压盖8将配光透镜7固定在固定装置4内。
本发明中，光纤出光端固定在固定外壳内，透镜组合固定在固定装置内；荧光粉器件固定在固定装置内，压盖将配光透镜固定在固定装置内；光纤发出的光束经过透镜组合进行整形后射在荧光粉器件上，通过配光透镜进行配光进而产生所需要的光斑。本发明中，相互的连接固定关系均是匹配可拆卸结构连接，组装简单、维护方便；透镜组合与配光透镜对激光光束进行准直、整形以及最终的配光，可照射出有利于人眼的柔和均匀的光。
进一步地，光纤1出光端长出外壳Ⅰ2接口处1mm-2mm；保证激光发出的光束处于最佳状态。
进一步地，外壳Ⅰ2呈漏斗形，内表面为镜面，外壳Ⅰ2漏斗形出光端设有内螺纹9；由于激光发出的光为360°发光，所以外壳Ⅰ2内表面为镜面，用于反射尽可能多的光，保证光能的利用率。
如图3所示，透镜组合3包括透镜Ⅰ10和透镜Ⅱ11；透镜Ⅰ10入光面为准直面型，透镜Ⅰ10出光面为垂直或水平方向，出光面为凹柱面镜；透镜Ⅱ11的入光面和出光面垂直方向均为凹柱面面型，水平方向为凸柱面面型，其面型为垂直凹面和水平凸面相交形成的面。光束由光源发出经透镜Ⅰ10入光面，由于其入光面为准直面型，将光束进行准直后由出光面发出；透镜Ⅰ10出光面为垂直或水平方向，出光面为凹柱面镜，透镜Ⅱ11的入光面和出光面垂直方向均为凹柱面面型，水平方向为凸柱面面型，其面型为垂直凹面和水平凸面相交形成的面；通过透镜Ⅰ10出光面与透镜Ⅱ11的入光面和出光面不同面型的组合，使得光束发出的光斑均匀，同时对光束进行整形后使用。
进一步地，透镜Ⅱ11的入光面和出光面水平方向均为凹柱面面型，垂直方向为凸柱面面型，其面型为垂直凹面和水平凸面相交形成的面；这样的设计可以满足更多的光束的角度的设计来满足更高的整形需求。
进一步地，在垂直方向上，透镜Ⅰ10第二面垂直方向焦距为fy1与透镜Ⅱ11垂直方向第一面焦距fy2和透镜Ⅱ11第二面垂直方向fy3经过叠加将光束发光半角度改变为θy，(-75°＜θy＜75°)；d为透镜厚度,D为两个透镜之间的间隔；透镜的光学间隔为Δ，则Δ=d-fy2+fy3，fy＇=fy2fy3/Δ，fy=fy1fy＇/fy1+fy＇-D，光纤经过准直后光斑的半高为Hy,则出光角度θy=arctanHy/fy；
在水平方向上，透镜Ⅱ11水平方向第一面fx1和水平方向第二面fx2经过叠加，将改变光束的水平方向发光半角度θx,(-75°＜θx＜75°),d为透镜厚度；透镜的光学间隔为Δ，则Δ=d-fx1+fx2，fx=fx1fx2/Δ，光纤1经过准直后光斑的半高为Hx,则出光角度θy=arctanHx/fx。
如图6所示，荧光粉器件5为拱桥形，两端设有凸出部12，两个凸出部12的距离与透镜Ⅱ11相匹配；拱桥形与图4所示的透镜组合产生光斑的点列示意图相匹配，节约了荧光粉器件5的成本，同时两侧的空隙保证了一定的散热效果。
如图1和图2所示，固定装置4包括压圈13、外壳Ⅱ14和固定装置套件15，压圈13外部设有外螺纹16，压圈13内表面为镜面，外壳Ⅱ14入光侧设有与外壳Ⅰ2内螺纹8匹配连接的外螺纹8和与压圈13外螺纹16匹配连接的内螺纹8；外壳Ⅱ14内设有凸起17，压圈13与凸起17将透镜Ⅰ10固定；外壳Ⅱ14出光侧设有凹台18，固定装置套件15为环形结构，其上设有与外壳Ⅱ14凹台18匹配的卡头19；荧光粉器件5的凸出部12匹配在透镜Ⅱ11上，荧光粉器件5穿过固定装置套件15被固定在外壳Ⅱ14内。保证了整体装置的精密性，同时多层螺纹的使用使得整体激光路灯组装简单、维护方便。
进一步地，反光碗6呈喇叭形，反光碗6内表面为镜面，其入光侧与外壳Ⅱ14对应匹配，通过螺钉与螺钉孔20固定在一起；反光碗6内表面为镜面，保证了光能的利用率。
进一步地，反光碗6出光侧设有相匹配的将配光透镜7固定在反光碗6内的压盖8，压盖8为中空结构；反光碗6垂直方向有两道凹槽21，凹槽21设有固定压盖8的螺丝孔22。螺丝固定使得灯头更加稳固，同时凹槽21的设计，不影响激光路灯的美观。
如图2所示，外壳Ⅰ2上设有调节透镜组合与光纤的距离的螺纹孔23；方便调节透镜与光纤的距离。
如图1和图2所示，配光透镜7的入光面24为自由曲面，出光面25为凹柱面。根据不同场合的需求来调整光板的效果。
如图5所示，激光路灯远离灯头10米处观察面的光斑分布示意图，其最小值为6.5165e-0.14，最大值为64.145，平均值8.8295，总光通量211.91W，光通量/发射光通量0.92515；由图5及数据可知，本发明的光能利用率可达90%，且光束柔和均匀。

Claims (12)

1.一种激光路灯，其特征在于：包括依次连接固定的光纤（1）、外壳Ⅰ（2）、透镜组合（3）、固定装置（4）、荧光粉器件（5）、反光碗（6）、配光透镜（7）和压盖（8）；光纤（1）出光端固定在外壳Ⅰ（2）内，透镜组合（3）固定在固定装置（4）内；荧光粉器件（5）固定在固定装置（4）内，压盖（8）将配光透镜（7）固定在固定装置（4）内。
2.根据权利要求1所述的激光路灯，其特征在于：光纤（1）出光端长出外壳Ⅰ（2）接口处1mm-2mm。
3.根据权利要求1所述的激光路灯，其特征在于：外壳Ⅰ（2）呈漏斗形，内表面为镜面，外壳Ⅰ（2）漏斗形出光端设有内螺纹（9）。
4.根据权利要求1或2所述的激光路灯，其特征在于：透镜组合（3）包括透镜Ⅰ（10）和透镜Ⅱ（11）；透镜Ⅰ（10）入光面为准直面型，透镜Ⅰ（10）出光面为垂直或水平方向，出光面为凹柱面镜；透镜Ⅱ（11）的入光面和出光面垂直方向均为凹柱面面型，水平方向为凸柱面面型，其面型为垂直凹面和水平凸面相交形成的面。
5.根据权利要求4所述的激光路灯，其特征在于：透镜Ⅱ（11）的入光面和出光面水平方向均为凹柱面面型，垂直方向为凸柱面面型，其面型为垂直凹面和水平凸面相交形成的面；这样的设计可以满足更多的光束的角度的设计来满足更高的整形需求。
6.根据权利要求4或5所述的激光路灯，其特征在于：在垂直方向上，透镜Ⅰ（10）第二面垂直方向焦距为fy1与透镜Ⅱ（11）垂直方向第一面焦距fy2和透镜Ⅱ（11）第二面垂直方向fy3经过叠加将光束发光半角度改变为θy，(θy＜75°)；d为透镜厚度,D为两个透镜之间的间隔；透镜的光学间隔为Δ，则Δ=d- fy2+ fy3，fy＇= fy2 fy3/Δ，fy= fy1 fy＇/ （fy1+ fy＇-D），光纤经过准直后光斑的半高为Hy,则出光角度θy=arctan（Hy/ fy）；
在水平方向上，透镜II（11）水平方向第一面fx1和水平方向第二面fx2经过叠加，将改变光束的水平方向发光半角度θx , (),d为透镜厚度；透镜的光学间隔为Δ，则Δ=d- fx1+ fx2 ，fx= fx1 fx2/Δ，光纤（1）经过准直后光斑的半高为Hx,则出光角度θy=arctan（Hx/ fx）。
7.根据权利要求1所述的激光路灯，其特征在于：荧光粉器件（5）为拱桥形，两端设有凸出部（12），两个凸出部（12）的距离与透镜Ⅱ（11）相匹配。
8.根据权利要求1所述的激光路灯，其特征在于：固定装置（4）包括压圈（13）、外壳Ⅱ（14）和固定装置套件（15），压圈（13）外部设有外螺纹（16），压圈（13）内表面为镜面，外壳Ⅱ（14）入光侧设有与外壳Ⅰ（2）内螺纹（8）匹配连接的外螺纹（8）和与压圈（13）外螺纹（16）匹配连接的内螺纹（8）；外壳Ⅱ（14）内设有凸起（17），压圈（13）与凸起（17）将透镜Ⅰ（10）固定；外壳Ⅱ（14）出光侧设有凹台（18），固定装置套件（15）为环形结构，其上设有与外壳Ⅱ（14）凹台（18）匹配的卡头（19）；荧光粉器件（5）的凸出部（12）匹配在透镜Ⅰ（11）上，荧光粉器件（5）穿过固定装置套件（15）被固定在外壳Ⅱ（14）内。
9.根据权利要求1所述的激光路灯，其特征在于：反光碗（6）呈喇叭形，反光碗（6）内表面为镜面，其入光侧与外壳Ⅱ（14）对应匹配，通过螺钉与螺钉孔（20）固定在一起。
10.根据权利要求1或9所述的激光路灯，其特征在于：反光碗（6）出光侧设有相匹配的将配光透镜（7）固定在反光碗（6）内的压盖（8），压盖（8）为中空结构；反光碗（6）垂直方向有两道凹槽（21），凹槽（21）设有固定压盖（8）的螺丝孔（22）。
11.根据权利要求1或3所述的激光路灯，其特征在于：外壳Ⅰ（2）上设有调节透镜组合与光纤的距离的螺纹孔（23）。
12.根据权利要求1所述的激光路灯，其特征在于：配光透镜（7）的入光面（24）为自由曲面，出光面（25）为凹柱面。
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