CN112361234A - 一种vcsel激光照明匀化系统 - Google Patents

一种vcsel激光照明匀化系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112361234A
CN112361234A CN202011288608.0A CN202011288608A CN112361234A CN 112361234 A CN112361234 A CN 112361234A CN 202011288608 A CN202011288608 A CN 202011288608A CN 112361234 A CN112361234 A CN 112361234A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vcsel laser
homogenizing
assembly
component
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011288608.0A
Other languages
English (en)
Inventor
朱俊青
王永宪
沙巍
王朋朋
王智
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Original Assignee
Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS filed Critical Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority to CN202011288608.0A priority Critical patent/CN112361234A/zh
Publication of CN112361234A publication Critical patent/CN112361234A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • F21K9/23—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings
    • F21K9/235—Details of bases or caps, i.e. the parts that connect the light source to a fitting; Arrangement of components within bases or caps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/69—Details of refractors forming part of the light source
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V5/00—Refractors for light sources
    • F21V5/04—Refractors for light sources of lens shape
    • F21V5/048—Refractors for light sources of lens shape the lens being a simple lens adapted to cooperate with a point-like source for emitting mainly in one direction and having an axis coincident with the main light transmission direction, e.g. convergent or divergent lenses, plano-concave or plano-convex lenses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

本发明提供一种VCSEL激光照明匀化系统，包括：VCSEL激光组件、用于将从VCSEL激光组件射出的光束进行匀化处理并将出射光角度扩大的匀化组件；匀化组件包括用于将VCSEL激光组件的出射光角度扩大的双凸透镜；双凸透镜的主光轴与VCSEL激光组件的出射光束方向重合。本发明采用VCSEL激光器作为光源，相比常用光源LED、EEL等有较明显优势，光照效果更好，且可靠性高、批量生产成本低。本发明通过在匀化组件中引入双凸透镜来对出射光进行匀化处理，比起常用匀化组件采用半球结构，可获得更好的匀化效果，并将出射光角度扩大，可应用于军事、无人驾驶汽车、机器人物体识别、人脸识别、照明等新型光源领域。

Description

一种VCSEL激光照明匀化系统
技术领域
本发明涉及照明领域，特别涉及一种VCSEL激光照明匀化系统。
背景技术
在照明领域，对光照均匀性的要求越来越高，根据不同光源，匀化效果也会有不同。首先，对光源种类进行对比，现有的光源种类大体有三种：
第一种是较为常见的LED光源，该光源是表贴式器件，便于与驱动电路直接集成，价格便宜。然而，由于LED所发出的光是荧光，发散较大，随着照明距离的增加，LED光源的功率密度大幅降低，在远距离照明时的照明效果非常不理想。同时，红外LED的光谱宽度非常宽，用于探测时对背景噪声的抑制能力也不够理想。
第二种是边缘发射激光器(Edge Emitting Laser，EEL)，引入激光系统，出光方向平行于衬底，其特点是小型化、稳定相干光和窄发射波长，可获得较好的光束质量、改善激光噪声稳定性和输出更高的功率。极大的缺点是无法在制作完成后进行测试，若成品无法运作，不论是因为接触不良或者是物质成长的品质不好，都会浪费制作过程与物质加工的处理时间。
第三种是垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)，其出射光束是垂直于衬底的，可发出高亮度激光。由于激光的光谱非常窄，在照明领域，VCSEL的照射距离与成像质量远远超过LED光源。同时，与EEL相比，VCSEL的优势也非常明显，VCSEL激光器具有更高的发光效率，且适用于与驱动电路的直接表面贴装，并可以实现大规模的二维面阵集成，光斑形貌为圆形对称结构，照明均匀性更好。
这三种光源中，VCSEL激光器有较明显优势。现有照明光源的匀化技术中，低端的用塑胶半球，高端的用玻璃半球等，其匀化效果一般，通常表现为光束中心强、边上弱，照明效果不是很理想。因此，本发明设计了一种针对VCSEL激光器的照明均匀性更好、照明面积更大的照明匀化系统。
发明内容
本发明为解决现有匀化技术照明效果不理想的问题，提供一种匀化效果好，应用领域广的VCSEL激光照明匀化系统。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
一种VCSEL激光照明匀化系统，包括：VCSEL激光组件、用于将从VCSEL激光组件射出的光束进行匀化处理并将出射光角度扩大的匀化组件；匀化组件包括用于将VCSEL激光组件的出射光角度扩大的双凸透镜；双凸透镜的主光轴与VCSEL激光组件的出射光束方向重合。
优选地，匀化处理后光束出射角θ大于30°。
优选地，匀化组件包括：双凸透镜、镜座、压圈；双凸透镜置于镜座和压圈之间并互相抵接；镜座和压圈在双凸透镜主光轴对应位置有通光孔；双凸透镜经过光学设计，采用光学透镜材料。
优选地，VCSEL激光组件包括：VCSEL激光器、加热器、测温电阻。
优选地，VCSEL激光组件和匀化组件通过封装组件封装。
优选地，封装组件包括：上盖、下座；上盖在双凸透镜主光轴对应位置有通光孔；匀化组件上下表面分别与上盖、下座抵接；VCSEL激光组件通过焊接固定于下座内腔中；上盖下表面和下座上表面连接。
本发明能够取得以下技术效果：
(1)采用VCSEL激光器作为光源，相比常用光源LED、EEL等有较明显优势，光照效果更好，且可靠性高、批量生产成本低。
(2)匀化组件中引入双凸透镜来对出射光进行匀化处理，比起常用匀化组件的半球结构，可获得更好的匀化效果，并将出射光角度扩大，可应用于军事、无人驾驶汽车、机器人物体识别、人脸识别、照明等新型光源领域。
附图说明
图1是根据本发明实施例的VCSEL激光照明匀化系统的简易结构示意图；
图2是图1所示实施例的VCSEL激光照明匀化系统的具体结构示意图；
图3是图1所示实施例的VCSEL激光照明匀化系统的具体结构示意图的俯视图；
图4是根据本发明实施例的30°出射角单芯片光学匀化方案。
其中的附图标记包括：封装组件10、上盖11、下座12、匀化组件20、压圈21、镜座22、双凸透镜23、VCSEL激光组件30、加热器31、VCSEL激光器32、测温电阻33。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
如图1所示，本发明实施例提供的大出射角度高均匀性的VCSEL激光照明匀化系统，包括：匀化组件20和VCSEL激光组件30，匀化组件20用于将从所述VCSEL激光组件30射出的光束进行匀化处理并将出射光角度扩大。
在本实施例中，匀化组件20包括用于将所述VCSEL激光组件30的出射光角度扩大的双凸透镜23，双凸透镜23的中央较厚、边缘较薄，光在透镜的两面经过两次折射后，集中在主光轴上的焦点处，如果出光位置远离该焦点，双凸透镜23就起到匀化和扩大出射光角度的作用；所述双凸透镜23的主光轴与所述VCSEL激光组件20的出射光束方向重合。
在本发明的一个实施例中，VCSEL激光照明匀化系统还包括封装组件10，匀化组件20和VCSEL激光组件30固定于封装组件10内部。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，匀化组件包括：压圈21、镜座22和双凸透镜23，双凸透镜23为经光学设计光学透镜材料双凸透镜，双凸透镜23置于镜座22内腔，压圈21与镜座22连接，共同固定双凸透镜23。VCSEL激光组件包括：加热器31、VCSEL激光器32和测温电阻33。封装组件10包括上盖11和下座12，匀化组件20上下表面分别与上盖11下表面和下座12上表面连接，VCSEL激光组件30焊接在下座12内腔的上表面，上盖11的下端面与下座12的上端面连接。上盖11、压圈21和镜座22在双凸透镜23主光轴对应位置开有通光孔。
如图2和图3所示，VCSEL激光器32的出射光束方向和双凸透镜23主光轴重合。
下面结合图2、图3和图4对本发明的具体工作方式进行详细说明：
在外围电路驱动下，VCSEL激光器组件30开始工作，即加热器31开始加热，待环境温度达到VCSEL激光器32工作所需环境温度后，VCSEL激光器32开始发光。测温电阻33持续监测环境温度，并根据监测到的环境温度调节加热器32加热功率，维持稳定发光。
光束从VCSEL激光器32射出，通过镜座22的通光孔射入双凸透镜23，经双凸透镜23匀化处理后射出，并将光束出射角扩大至30°以上，如图4所示。
经双凸透镜23匀化后的出射光，通过压圈21和上盖11的通光孔射出系统，如图3所示。
下面结合图4的VCSEL双芯匀化设计方案进行实验数据说明，实验中选用的双凸透镜距离VCSEL芯片0.6mm，双凸透镜厚度为1.5mm，直径为2.5mm。所以本发明设计的匀化封装结构可以满足30°的大出射角，并且匀化效果较好，照明效果更佳。调整双凸透镜与VCSEL距离，并选择不同型号的双凸透镜，可以根据实际使用需要调整照明系统的出射角。
本发明采用VCSEL激光器作为光源，光照效果更好，且可靠性高；匀化组件中引入双凸透镜来对出射光处理，提高了光源的匀化效果，并且出射角度达到30°以上。因此，本发明兼顾了出射角度和匀化效果两个方面，可广泛应用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种VCSEL激光照明匀化系统，其特征在于，包括：VCSEL激光组件、用于将从所述VCSEL激光组件射出的光束进行匀化处理并将出射光角度扩大的匀化组件；所述匀化组件包括用于将所述VCSEL激光组件的出射光角度扩大的双凸透镜；所述双凸透镜的主光轴与所述VCSEL激光组件的出射光束方向重合。
2.如权利要求1所述的VCSEL激光照明匀化系统，其特征在于，所述匀化处理后光束出射角θ大于30°。
3.如权利要求1所述的VCSEL激光照明匀化系统，其特征在于，所述匀化组件包括：所述双凸透镜、镜座、压圈；所述双凸透镜置于所述镜座和所述压圈之间并互相抵接；所述镜座和所述压圈在所述双凸透镜主光轴对应位置有通光孔；所述双凸透镜经过光学设计，采用光学透镜材料。
4.如权利要求1所述的VCSEL激光照明匀化系统，其特征在于，所述VCSEL激光组件包括：VCSEL激光器、加热器、测温电阻。
5.如权利要求1所述的VCSEL激光照明匀化系统，其特征在于，所述VCSEL激光组件和所述匀化组件通过封装组件封装。
6.如权利要求3或权利要求5所述的VCSEL激光照明匀化系统，其特征在于，所述封装组件包括：上盖、下座；所述上盖在所述双凸透镜主光轴对应位置有通光孔；所述匀化组件上下表面分别与所述上盖、所述下座抵接；所述VCSEL激光组件通过焊接固定于所述下座内腔中；所述上盖下表面和所述下座上表面连接。
CN202011288608.0A 2020-11-17 2020-11-17 一种vcsel激光照明匀化系统 Pending CN112361234A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011288608.0A CN112361234A (zh) 2020-11-17 2020-11-17 一种vcsel激光照明匀化系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011288608.0A CN112361234A (zh) 2020-11-17 2020-11-17 一种vcsel激光照明匀化系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112361234A true CN112361234A (zh) 2021-02-12

Family

ID=74515188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011288608.0A Pending CN112361234A (zh) 2020-11-17 2020-11-17 一种vcsel激光照明匀化系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112361234A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102748739A (zh) * 2012-07-06 2012-10-24 浙江印加光电科技有限公司 一种led灯具的导散热系统
CN203720453U (zh) * 2014-03-03 2014-07-16 深圳市国扬通信股份有限公司 激光照明匀化装置和红外夜视摄像系统
CN105301791A (zh) * 2014-06-27 2016-02-03 哈尔滨工大华生电子有限公司 一种采用双片毛玻璃相对运动匀化激光的照明装置
CN107132720A (zh) * 2017-07-07 2017-09-05 深圳奥比中光科技有限公司 发光装置及其光学投影模组
CN107843986A (zh) * 2017-11-01 2018-03-27 深圳新亮智能技术有限公司 基于vcsel激光二极管组成的手动可变光学系统及其方法
CN109038207A (zh) * 2018-07-27 2018-12-18 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种可控温vcsel器件及其制作方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102748739A (zh) * 2012-07-06 2012-10-24 浙江印加光电科技有限公司 一种led灯具的导散热系统
CN203720453U (zh) * 2014-03-03 2014-07-16 深圳市国扬通信股份有限公司 激光照明匀化装置和红外夜视摄像系统
CN105301791A (zh) * 2014-06-27 2016-02-03 哈尔滨工大华生电子有限公司 一种采用双片毛玻璃相对运动匀化激光的照明装置
CN107132720A (zh) * 2017-07-07 2017-09-05 深圳奥比中光科技有限公司 发光装置及其光学投影模组
CN107843986A (zh) * 2017-11-01 2018-03-27 深圳新亮智能技术有限公司 基于vcsel激光二极管组成的手动可变光学系统及其方法
CN109038207A (zh) * 2018-07-27 2018-12-18 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种可控温vcsel器件及其制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108318874B (zh) 一种面阵激光雷达及移动平台
US6819505B1 (en) Internally reflective ellipsoidal collector with projection lens
US6974234B2 (en) LED lighting assembly
US6527419B1 (en) LED spotlight illumination system
CN108549085B (zh) 一种发射镜头、面阵激光雷达及移动平台
US20050201100A1 (en) Led lighting assembly
JP2015501508A (ja) 光源システムおよびレーザ光源
JP2003031005A (ja) 発光ダイオード照明装置
US7192153B2 (en) Lens, light irradiation apparatus, and laser pointer
US11499695B2 (en) Optical member and light emission device
KR102050653B1 (ko) 발광 다이오드 램프
CN109073908A (zh) 平行光发生装置
CN111176063A (zh) 一种激光光源模组
US20150117011A1 (en) Laser emitting device
US20150176774A1 (en) Light Emitting Module and Optical Lens Thereof
US9683730B1 (en) System and method of optimizing white light
JP5848252B2 (ja) 光源装置、光源レンズおよび照明装置
CN112361234A (zh) 一种vcsel激光照明匀化系统
TWI619968B (zh) 光照射裝置
KR101936821B1 (ko) 레이저 서치라이트
CN210468379U (zh) 半导体激光器、半导体激光模块以及激光设备
CN113669650A (zh) 一种反光器件和白光激光光源
JP2012074400A (ja) 光源装置および光源レンズ
CN112361235A (zh) 一种vcsel激光照明装置
JP2006073250A (ja) 照明装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210212