CN108518590A - 激光光源和灯具 - Google Patents

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Abstract

提出一种激光光源，包括激光发射源，用于发射激光；聚光组件和荧光片，激光发射源发射的激光经过聚光组件的汇聚后入射于荧光片，并能够激发荧光片使其发射受激光；位于聚光组件和荧光片光路之间的平凸透镜，荧光片粘接于该平凸透镜的平面，平凸透镜的凸面镀有透射激光反射受激光的滤光膜。其中平凸透镜的凸面的面型，能够使得荧光片面向平凸透镜发射的受激光，入射到平凸透镜的凸面后反射，能够回到荧光片的受激发光的发光光斑内。还提出一种灯具，包括上述的激光光源。从荧光片发射的受激光中向后发射的部分会被平凸透镜的凸面反射回到发光光斑内。这样能够将光都集中到发光光斑内部发射出来而使得能量尽可能的集中，从而有效的提高发光亮度。

Description

激光光源和灯具
技术领域
本发明涉及照明领域，特别是激光光源和使用该激光光源的灯具。
背景技术
灯具属于传统领域，各种灯具种类繁多。当LED出现后，以LED为光源的灯具也是层出不穷。然而随着人们生活水平的提高，对照明、尤其是装饰照明有了越来越高的需求，而这种需求目前还没有得到完全满足。
发明内容
本发明提出一种激光光源，包括激光发射源，用于发射激光；聚光组件和荧光片，激光发射源发射的激光经过聚光组件的汇聚后入射于荧光片，并能够激发荧光片使其发射受激光；位于聚光组件和荧光片光路之间的平凸透镜，荧光片粘接于该平凸透镜的平面，平凸透镜的凸面镀有透射激光反射受激光的滤光膜。其中平凸透镜的凸面的面型，能够使得荧光片面向平凸透镜发射的受激光，入射到平凸透镜的凸面后反射，能够回到荧光片的受激发光的发光光斑内。
还提出一种灯具，包括上述的激光光源。
在本发明中，从荧光片发射的受激光中向后发射的部分会被平凸透镜的凸面反射回到发光光斑内。由于入射到凸面的入射角都很小，因此反射率可以做的很高。这样能够将光都集中到发光光斑内部发射出来而使得能量尽可能的集中，从而有效的提高发光亮度。
附图说明
图1表示了本发明第一实施例的激光光源的结构示意图；
图2表示了本发明另一实施例的激光光源的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出一种激光光源，其一个实施例的结构示意图如图1所示。该激光光源包括激光发射源（图中未画出），用于发射激光131；包括聚光组件103和荧光片101，激光发射源发射的激光131经过聚光组件103的汇聚后入射于荧光片101，并能够激发荧光片使其发射受激光132和133。还包括位于聚光组件103和荧光片101光路之间的平凸透镜102，荧光片101粘接于该平凸透镜的平面102a，平凸透镜的凸面102b镀有透射激光反射受激光的滤光膜。其中，平凸透镜的凸面102b的面型，能够使得荧光片面向平凸透镜发射的受激光132，入射到平凸透镜的凸面102b后反射，能够回到荧光片的受激发光的发光光斑191内。
荧光片101受激发光是各向同性的，其中向外（图1中为向上发射）的受激光133能够直接出射，而面向内部出射的受激光132会入射于平凸透镜的凸面后反射并回到荧光片上受激发光的发光光斑191内，这部分光会最终向外出射而形成出射光。这样就可以使原本不能出射的部分受激光132得以利用。同时，由于经平凸透镜的凸面反射的受激光132能够回到受激发光的发光光斑内，因此发光光斑的面积并没有扩大，这样就显著地提高了光源的亮度。反之，如果平凸透镜的设计不良，使得受激光132虽然被反射回荧光片但是并没有回到受激发光的光斑内，那么这部分反射再利用的光就在发光光斑的外部发光，这样光不能集中到一个光斑内，虽然光能量仍然得以出射，但发光点的发光能量密度（即亮度）并没有提升。
因此对平凸透镜的凸面的面型进行设计是必要的，设计目的就是能够将受激发光点发出的受激光反射回到受激发光点。观察图1并结合光学知识可知，在图1 的实施例中，平凸透镜的凸面102b是一个球面，受激光发光光斑191就处于该球面的球心，这样从球心发出的光垂直入射于球面102b并被垂直的反射回到受激发光光斑，这样就可以实现本发明的目的。当然只是平凸透镜凸面面型的一个举例。在后面的图2所示的实施例中还会举出其他的例子。平凸透镜的凸面面型并不做限制，只要能够达到使得受激光反射回到受激发光光斑内的目的就可以，因此该凸面也并不一定是球面，还可能是椭球、自由曲面等其他非球面。
在本实施例中，聚光组件是一片双凸透镜，当然也可以是平凸透镜或其他透镜组，只要能起到汇聚激光的目的即可。
如果平凸透镜的折射率与荧光片的发光材料的折射率相等，那么从荧光片发出的受激光132会以全角度入射于平凸透镜内部，即最大出射角达到90度。这是会带来两个问题。第一是需要平凸透镜的凸面是一个完整的半球，才能反射出射角达到90度的光线，这种完整半球的透镜加工并不容易。另一个问题是，大角度光的像差很大，即反射回受激光发光光斑内的能量会由于像差的存在而变小，即有部分光线反射到受激光发光光斑之外，从而降低发光亮度。
为了解决这个问题，优选的，合理选择荧光片发光材料和平凸透镜的材料，使得平凸透镜102的折射率大于荧光片101的折射率，且两者之差不小于0.2。这样从荧光片发出的光入射于平凸透镜时会发生折射，由于平凸透镜折射率比荧光片折射率高0.2以上，光线是从光疏介质入射于光密介质，折射角小于入射角，那么在平凸透镜内部的光线的最大出射角就远小于90度，从而解决平凸透镜不易加工和大角度光像差大的问题。例如，荧光片发光材料的折射率是1.5，平凸透镜的折射率是1.7，此时从荧光片发出的90度的光，经过折射后在平凸透镜内的出射角是arcsin(sin(90)*1.5/1.7)=62度，可见最大的出射角为62度。平凸透镜的凸面102b也就不需要是一个完整的半球，而只需要是半球的一部分（就像图1中的平凸透镜102的凸面一样）。
在本实施例中，荧光片101粘接在平凸透镜102的平面上，这样从荧光片上产生的热量可以传导到平凸透镜上，即平凸透镜本身可以帮助荧光片散热。荧光片可以是荧光陶瓷、荧光玻璃等。除了散热的作用之外，荧光片和平凸透镜之间的粘接剂还可以取代两者之间的空气隙，从而使光更容易在两者之间传播，从而提升光的利用效率。
在本实施例中，优选的，在平凸透镜102的光路前端，还包括散射装置，该散射装置用于将聚焦在荧光片上高功率的激光光点散射成一个激发光斑，使得中心的功率密度显著降低，从而避免荧光片因局部过热而烧毁。在实际应用中，散射装置容易实现，例如玻璃散热片等，属于现有技术。
本发明的激光光源的另一个实施例的结构示意图如图2所示。与图1所示的实施例不同的是，在本实施例中，荧光片201包括透明导热衬底201b和附着在透明导热衬底上的荧光涂层201a，其中透明导热衬底201b粘接于平凸透镜202的平面202a。透明导热衬底起两个作用，首先用于支撑荧光涂层201a，其次还能为荧光涂层201a散热。透明导热衬底由透明的高导热材料构成，例如高导热玻璃，或者透明蓝宝石。透明蓝宝石的成分是氧化铝，导热系数较高，而且价格不高。
在本实施例中，激光231经过聚光组件203汇聚后穿过平凸透镜202和透明导热衬底201b后聚焦于荧光涂层201a。荧光涂层201a受激发光后，从发光点各向同性发射受激光232和233。其中面向平凸透镜出射的受激光232会被平凸透镜的凸面202b反射，反射光穿过平凸透镜和透明导热衬底后回到荧光涂层的受激发光的发光光斑内，最终实现所有受激光的高效率的出射。由于透明导热衬底201b和平凸透镜202并不一定具有相同的折射率，因此受激232光在从透明导热衬底入射到平凸透镜内以及从平凸透镜返回到透明导热衬底时都会发生折射。此时受激发光的发光光斑就不是简单的位于凸面202b的球心，而是需要经过适当的光学设计：只有合理设计平凸透镜202的凸面202b的面型，才能够实现使反射的受激光返回受激光发光光斑的目的。这样的光学设计属于现有技术，此处不赘述。当然，如果平凸透镜的材料折射率，与透明导热衬底的材料折射率之差的绝对值足够小，例如小于0.05，此时可以看成两者是同样的材料，这时受激光发光光斑位于球面202b的球心也是可以的。这样的设计比较简单。而且两者折射率接近，意味着折射时发生的角度偏移小，因为折射而产生的像差较小，即反射的受激光更容易汇聚于受激光的发光光斑以内。
在本实施例中，优选的，透明导热衬底201b附着有荧光涂层201a的一侧表面（在图2中为上表面），镀有透射激光反射受激光的滤光膜。这样，大部分的面向激光入射方向（在图2中为向下）出射的受激光会直接被镀在透明导热衬底上的滤光膜反射回去得以出射，而少部分泄露的受激光会入射于平凸透镜的凸面202b并被反射回到受激发光的发光光斑。透明导热衬底的滤光膜紧贴荧光涂层，因此其反射光可以全部反射回荧光涂层的受激发光光斑，而不像凸面202b那样反射受激光时存在像差。由于荧光涂层发出的光入射于透明导热衬底时时全角，在大角度时的反射率不高，因此会存在部分透过透明导热衬底的受激光，这部分受激光则会被凸面202b有效的反射回去，这是因为受激光入射于凸面202b时的入射角都是接近于垂直入射的，反射率可以很高。这样，结合透明导热衬底201b上的滤光膜和平凸透镜的凸面202b上的滤光膜的作用，荧光涂层面向激光入射方向出射的受激光可以最大程度的被反射回到受激发光的发光光斑。
在本实施例中，激光光源还包括同时与荧光片201和平凸透镜202的平面202a粘接的导热元件204，用于将荧光片201产生的热量导走热量可能会直接从荧光片的侧面传递给导热元件204，也可能经过平凸透镜后传递给导热元件204。由于导热元件不在光路上，因此可以简单的选用铝、铜等材料在制作。
在本实施例中，透明导热衬底201b与平凸透镜的平面202a粘接用的胶水的折射率，不小于荧光涂层本身的折射率。这样能够保证受激光从透明导热衬底传播到平凸透镜的平面时不会发生全反射现象，从而全部入射于平凸透镜内部。当然，部分发生的全反射会使得受激光直接回到荧光涂层，由于经过了透明导热衬底的传播因此这部分反射光会入射到发光光斑的外围从而中心光斑的亮度得不到提高。
本发明还提出一种灯具，包括上述的激光光源。
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 (9)

1.一种激光光源，其特征在于，包括：
激光发射源，用于发射激光；
聚光组件和荧光片，激光发射源发射的激光经过聚光组件的汇聚后入射于荧光片，并能够激发荧光片使其发射受激光；
位于聚光组件和荧光片光路之间的平凸透镜，荧光片粘接于该平凸透镜的平面，平凸透镜的凸面镀有透射激光反射受激光的滤光膜；
平凸透镜的凸面的面型，能够使得荧光片面向平凸透镜发射的受激光，入射到平凸透镜的凸面后反射，能够回到荧光片的受激发光的发光光斑内。
2.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，平凸透镜的凸面是球面，所述受激光的发光光斑位于该球面的球心。
3.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，所述平凸透镜的折射率大于所述荧光片发光材料的折射率，且两者之差不小于0.2。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光光源，其特征在于，所述荧光片包括透明导热衬底和附着在透明导热衬底上的荧光涂层，其中透明导热衬底粘接于平凸透镜的平面。
5.根据权利要求4所述的激光光源，其特征在于，透明导热衬底附着有荧光涂层的一侧表面，镀有透射激光反射受激光的滤光膜。
6.根据权利要求4所述的激光光源，其特征在于，平凸透镜的材料折射率，与透明导热衬底的材料折射率之差的绝对值小于0.05。
7.根据权利要求4所述的激光光源，其特征在于，透明导热衬底与平凸透镜的平面粘接用的胶水的折射率，不小于荧光涂层本身的折射率。
8.根据权利要求1所述的激光光源，其特征在于，还包括同时与荧光片和平凸透镜的平面粘接的导热元件，用于将荧光片产生的热量导走。
9.一种灯具，其特征在于，包括根据权利要求1至8中任一项所述的激光光源。
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