CN113966024A - 一种激光调节方法、装置和激光系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光照明领域，具体涉及一种激光调节方法、装置和激光系统。所述激光调节方法在受激光和激光的辐射强度之比x低于阈值a时，以幅度m降低激光照明模组的输出功率；根据降低幅度m后受激光和激光的辐射强度之比的变化量△x确定异常情况为荧光粉层损坏，或，为荧光猝灭；荧光粉层损坏时关闭激光照明模组；出现荧光猝灭时调节激光照明模组的输出功率使受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A。本发明可精准分辨异常情况，以进行针对性的应对措施，避免在环境误差的情况下直接关停激光照明模组，通过继续调节激光模组的输出功率，在保证不发生烧毁荧光粉层、激光泄漏等安全隐患的前提下，提高激光照明模组在恶劣工况下的可工作性。

Description

一种激光调节方法、装置和激光系统

技术领域

本发明涉及激光照明领域，更具体地，涉及一种激光调节方法、装置和激光系统。

背景技术

在光束照明应用中，传统的光束照明的光源大部分使用的大功率灯泡，由于灯泡的电弧短且发光体点小，单位面积内发光光通量高，使得灯泡光源在光束照明中起到主导地位。然而灯泡存在能效低、寿命短、汞污染等问题，光束光斑中心与边缘均匀性差现象。

激光照明为光束照明的发展技术，可克服上述传统光束照明存在的缺陷，通常利用波长转换器装置转换激光光源的激光形成适应照明特性的波段的光线，即照明光，然而激光光源的出射光汇聚成一点时，能量密度较高，容易将波长转换装置烧坏，并且当波长转换装置损坏导致激光泄漏，存在很大安全隐患。

针对此，部分激光照明装置中设有保险装置，若检测到波长转换装置的内部温度超过阈值直接关停激光光源或检测到激光强度高于特定值就直接关停激光光源，但其存在误判的缺陷。

发明内容

本发明提供一种激光调节方法、装置和激光系统，用于提高激光照明模组在恶劣工况下的可工作性。本发明采取的技术方案包括：一种激光调节方法，包括步骤：实时监测光束中的受激光和激光的辐射强度；当受激光和激光的辐射强度之比x低于阈值a时，以幅度m降低激光照明模组的输出功率；所述阈值a和幅度m为预设值；根据降低幅度m后受激光和激光的辐射强度之比的变化量△x确定异常情况为荧光粉层损坏，或，为荧光猝灭；当异常情况为荧光粉层损坏时，关闭激光照明模组；当异常情况为荧光猝灭时，调节激光照明模组的输出功率使受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A；所述区间A为正常荧光粉层转化的受激光和激光的辐射强度之比的变化范围。

受激光和激光的辐射强度之比x变低的情况分为两类：1）荧光猝灭，运行时间过长或环境温度过高等情况导致荧光粉层局部温度过高，整体转换形成受激光的效率变低；2）荧光粉层损坏，荧光粉层局部出现破裂、烧粉或整体荧光粉层脱离等情况；两种异常情况的区别在于荧光粉层是否可恢复至正常转化效率。在监测到出现异常情况（受激光和激光的辐射强度之比x低于阈值a），先对激光照明模组的输出功率进行降低，第一方面，即使尚未确定是何类异常情况，亦是最及时有效保护的保护手段：在荧光猝灭的情况中，先降低激光照明模组的输出功率直接降低其运行热量；在荧光粉层损坏的情况中，先降低激光照明模组的输出功率，为后续关闭激光照明模组预留缓冲时间，同时使激光照明模组内部的电路以较小的功率断电，保护电路元件；第二方面，通过降低输出功率后受激光和激光的辐射强度之比的变化量△x可精准分辨异常情况，以进行针对性的应对措施，避免在荧光猝灭的情况下直接关停激光照明模组，通过继续调节激光模组的输出功率，在保证不发生烧毁荧光粉层、激光泄漏等安全隐患的前提下，提高激光照明模组在恶劣工况下的可工作性。

进一步，根据降低幅度m后受激光和激光的辐射强度之比的变化量△x确定异常情况为荧光粉层损坏，或，为荧光猝灭，具体包括：设定荧光粉初始含量下激光照明模组输出功率降低幅度m后受激光和激光的辐射强度之比的最小变化量的绝对值为b；当所述变化量△x小于b，则确定异常情况为荧光粉层损坏，关闭激光照明模组；当所述变化量△x大于b，则确定异常情况为荧光猝灭，降低激光照明模组的输出功率直至受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A。

作为可选方案之一，所述调节激光照明模组的输出功率直至受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A，具体包括：每次以固定的幅度降低一次或一次以上激光照明模组的输出功率，直至受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A。

作为可选方案之一，所述调节激光照明模组的输出功率直至受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A，具体包括：以不同的幅度连续多次降低激光照明模组的输出功率；其中，根据前次降低后受激光和激光的辐射强度之比x与区间A界限的差值和当前激光照明模组的输出功率确定幅度y，以幅度y进行下次激光照明模组的输出功率的降低。

进一步，所述根据前次降低后受激光和激光的辐射强度之比x与区间A界限的差值和当前激光照明模组的输出功率确定幅度y，具体为：

其中，区间A=[c，d]，a<c；y_n为第n次降低的幅度，x_n-1为第n-1次降低后受激光和激光的辐射强度之比，P_n-1为第n-1次降低后的激光照明模组输出功率，c和d为预设值，α₁和α₂为修正系数。

基于与上述激光调节方法相同的发明构思，本发明的技术方案还包括：一种激光调节装置，包括：接收模块，用于获取光束中的受激光和激光的辐射强度；控制模块，连接所述接收模块，用于当受激光和激光的辐射强度之比x低于阈值a时，以幅度m降低激光照明模组的输出功率，所述阈值a和幅度m为预设值；还用于根据进行所述降低幅度m后激光照明模组的输出功率后受激光和激光的辐射强度之比的变化量△x确定异常情况为荧光粉层损坏，或，为荧光猝灭，当异常情况为荧光粉层损坏时，关闭激光照明模组，当异常情况为荧光猝灭时，调节激光照明模组的输出功率直至受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A；所述区间A为正常荧光粉层转化的受激光和激光的辐射强度之比的变化范围。

基于与上述激光调节方法相同的发明构思，本发明的技术方案还包括：一种激光系统，包括激光驱动模组、激光照明模组和光感电装置；所述激光驱动模组用于调节所述激光照明模组的负载或启闭激光照明模组，以控制所述激光照明模组的输出功率或启闭；所述光感电装置用于测量受激光和激光的辐射强度；还包括如上所述的激光调节装置；所述激光照明模组包括波长转换装置和激光出射单元，所述激光出射单元与激光驱动模组连接；所述波长转换装置用于吸收部分所述激光出射单元射出的激光并将其转换为受激光，受激光和未被所述波长转换装置吸收的激光混合形成照明光；所述接收模块与所述光感电装置连接，以获取受激光和激光的辐射强度；所述控制模块与所述激光驱动模组连接，通过控制所述激光驱动模组以关闭所述激光照明模组或调节所述激光照明模组的输出功率。

进一步，所述光感电装置包括两条独立光感通道，用于分别测量所述波长转换装置射出的受激光和激光的辐射强度。

进一步，所述激光出射单元包括激光光源和用于将激光光源聚焦于波长转换装置上的聚焦元件。

进一步，所述激光照明模组还包括透镜元件，所述透镜元件用于收拢和出射经过所述波长转换装置形成的照明光。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：精准分辨异常情况，以进行针对性的应对措施，避免在荧光猝灭的情况下直接关停激光照明模组，通过继续调节激光模组的输出功率，在保证不发生烧毁荧光粉层、激光泄漏等安全隐患的前提下，提高激光照明模组在恶劣工况下的可工作性。

附图说明

图1为本发明的实施例1的总方法步骤图。

图2为本发明的实施例1的S5步骤图。

图3为本发明的实施例1的S6b步骤图。

图4为本发明的实施例2的S6b步骤图。

图5为本发明的实施例3的激光系统示意图。

图6为本发明的实施例3的激光照明模组示意图。

附图标号：控制模块11；接收模块12；直流电源2；激光光源驱动3；激光照明模组4；第一准直透镜41；均光扩散片42；聚焦透镜43；第一光引导体44；第二光引导体45；准直聚焦透镜46；出光透镜47；反射型荧光粉片52。

具体实施方式

本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种激光调节方法，包括步骤：

S1.接收光束中的受激光和激光的辐射强度；

S2.计算受激光和激光的辐射强度之比x；

S3.判断x是否低于阈值a，若否，返回执行步骤S1；若是，判定发生异常情况，按序执行S4；

S4.以幅度m降低激光照明模组的输出功率；

S5.根据进行S4后受激光和激光的辐射强度之比的变化量△x判断所述异常情况是否为荧光粉层损坏，若是，执行S6a；若否，判定所述异常情况为荧光猝灭，执行S6b；

S6a.关闭激光照明模组；

S6b.调节激光照明模组的输出功率直至受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A。

上述阈值a和幅度m为预设值；区间A为正常荧光粉层转化的受激光和激光的辐射强度之比的变化范围。

具体地，如图2所示，步骤S5具体包括：

S51.判断△x是否小于b；若是，执行步骤S52a；若否，执行步骤S52b；

S52a.判定所述异常情况为荧光粉层损坏；

S52b.判定所述异常情况为荧光猝灭。

其中，b为荧光粉初始含量下激光照明模组输出功率降低幅度m后受激光和激光的辐射强度之比的最小变化量的绝对值。b需要根据幅度m、荧光粉层的初始荧光粉含量进行确定，荧光粉初始含量下，荧光粉的转换效率较高，降低输出功率后，荧光粉的激发效率会略有下降，此时受激光和激光的比值较之初始时会有所降低，受激光和激光的辐射强度之比变化量为负值，设定其变化量的最小值的绝对值为b。在安全性要求较高的应用场景中，幅度m可取较大值，再根据荧光粉层的初始荧光粉含量确定b，以使△x具有明显的区分度。在亮度要求较高的应用场景中，还可使用多次小幅度降低激光模组的输出功率后再进行异常情况的判定的实施方式，但该实施方式实质仍是在调节过程中确定可用于分辨异常情况的最小调节幅度和最小变化量，与本实施例的构思相同。

具体地，如图3所示，步骤S6b具体包括：

S6b1.以幅度n降低激光照明模组的输出功率；

S6b2.判断进行S6b1后的x是否处于区间A；若否，返回执行步骤S6b1；若是，维持当前激光照明模组的输出功率。

其中，幅度n为预设值，可根据实际应用需求进行确定，需平衡荧光粉层的恢复速率和激光照明模组的出射光亮度。

本实施例还提供一种实现上述方法的激光调节装置，包括：接收模块，用于获取光束中的受激光和激光的辐射强度；

控制模块，连接所述接收模块，用于当受激光和激光的辐射强度之比x低于阈值a时，以幅度m降低激光照明模组的输出功率，所述阈值a和幅度m为预设值；还用于根据进行所述降低幅度m后激光照明模组的输出功率后受激光和激光的辐射强度之比的变化量△x确定异常情况为荧光粉层损坏，或，为荧光猝灭，当异常情况为荧光粉层损坏时，关闭激光照明模组，当异常情况为荧光猝灭时，调节激光照明模组的输出功率直至受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A；所述区间A为正常荧光粉层转化的受激光和激光的辐射强度之比的变化范围。

实施例2

本实施例提供一种激光调节方法，其与实施例1的区别在于步骤S6b1的实施方式，如图4所示，本实施例的步骤S6b具体包括：

S6b1.以幅度y_n降低激光照明模组的输出功率；

其中，区间A=[c，d]，a<c；y_n为第n次降低的幅度，x_n-1为第n-1次降低后受激光和激光的辐射强度之比，P_n-1为第n-1次降低后的激光照明模组输出功率，c和d为预设值，α₁和α₂为修正系数，为经验系数，可由实验得出；

S6b2.判断进行S6b1后的x是否处于区间A；若否，返回执行步骤S7；若是，维持当前激光照明模组的输出功率。

其中，首次降低的幅度y₁为预设值，可根据实际应用需求进行确定，需平衡荧光粉层的恢复速率和激光照明模组的出射光亮度。

在不同的温度水平下，降低单位输出功率可带来的荧光粉的恢复程度并不相同，在高功率、高温的工况下，荧光粉的恢复速率较快，而待降低功率减温后，荧光粉的恢复速率较快放缓。本实施例利用公式（1）确定荧光猝灭下每次激光照明模组的调节幅度，以较短的时间恢复荧光粉层正常转换的同时，最大程度保持激光照明模组的出射光亮度。

本实施例还提供一种实现上述激光调节方法的激光调节装置，包括：接收模块，用于获取光束中的受激光和激光的辐射强度；

控制模块，连接所述接收模块，用于当受激光和激光的辐射强度之比x低于阈值a时，以幅度m降低激光照明模组的输出功率，所述阈值a和幅度m为预设值；还用于根据进行所述降低幅度m后激光照明模组的输出功率后受激光和激光的辐射强度之比的变化量△x确定异常情况为荧光粉层损坏，或，为荧光猝灭，当异常情况为荧光粉层损坏时，关闭激光照明模组，当异常情况为荧光猝灭时，调节激光照明模组的输出功率直至受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A；所述区间A为正常荧光粉层转化的受激光和激光的辐射强度之比的变化范围。

实施例3

如图5所示，本实施例提供一种激光系统，包括激光照明模组4、激光驱动模组和激光调节装置。所述激光驱动模组与激光照明模组4连接以控制所述激光照明模组4的启闭。所述激光调节装置为实施例1或实施例2的激光调节装置，包括接收模块和控制模块。

具体地，本实施例以激光照明模组4为反射型激光模组为例结合具体的激光照明模组具体结构对本技术方案进行详细说明，激光照明模组4包括与激光驱动模组连接的激光出射单元和反射型波长转换装置。

反射型波长转换装置为反射型荧光粉片52，反射型荧光粉片52表面的荧光粉层可将激光转换为受激光，入射至反射型荧光粉片52的激光光束部分被转换为受激光，受激光和其余未被转换的激光混合形成照明光向外反射。

激光出射单元包括激光光源、用于将激光光源射出光束聚焦至反射型荧光粉片52的聚焦元件和收拢和出射照明光的透镜元件。聚焦元件包括第一准直透镜41、均光扩散片42、聚焦透镜、第一光引导体44、第二光引导体45、准直聚焦透镜46。

所述激光照明模组还可以包括收拢和出射照明光的透镜元件，具体的，例如对于车灯领域，所述透镜元件可以为准直聚焦透镜46和出光透镜47。值得注意的是，准直聚焦透镜46一方面起到聚焦透镜的作用将激光聚焦到波长转换装置上，一方面又起到准直透镜的作用收拢波长转换装置反射出的光线。

如图6所示（激光驱动模组及激光调节装置未示出），激光光源为点光源，射出的发散激光经过第一准直透镜41，被第一准直透镜41收拢准直，穿过均光扩散片42到达聚焦透镜43，聚焦透镜43将激光光束聚焦至第一光引导体44，激光光束到达第一引导体后被改变传播方向，射向第二光引导体45，第二光引导体45再次改变激光光束的传播方向，使其穿过准直聚焦透镜46到达反射型荧光粉片52，反射型荧光粉片52的荧光粉层面向准直聚焦透镜46，将激光光束部分被转换为受激光，并混合受激光和其余未被转换的激光形成照明光向准直聚焦透镜46反射，照明光穿过准直聚焦透镜46到达出光透镜47，经准直聚焦透镜46和出光透镜47的共同作用出射平行或近平行的照明光。其中，激光保护电路的光感电装置设于可感应照明光的区域，本实施例的光感电装置优选地形成照明光光斑的边缘位置，本实施例光感电装置包括两个：第一光感器件PD1、第二光感器件PD2，二者处于在同一垂直于出光透镜47光轴的平面中，并呈横向排列，因此PD2被PD1所遮挡，故而从图6的视角，PD2被PD1遮挡，第一光感器件PD1包括仅透过受激光的第一滤光片和第一光感器，所述第二光感器件PD2包括仅透过激光的第二滤光片和第二光感器。以激光为蓝光，荧光粉为黄色荧光粉为例，此时受激光为黄光，第一滤光片为仅透过黄光的滤光片，第二滤光片为仅透过蓝光的滤光片。第一光感器件PD1能够检测到受激光的强度，第二光感器件PD2能够检测到激光的强度。

激光驱动模组包括直流电源2和激光光源驱动3；直流电源2一端与控制模块连接，另一端与激光光源驱动3的一端连接，激光光源驱动3的另一端与激光照明模组4连接，直流电源2用于根据继电器的启闭为激光光源驱动3供电。

当激光光源出射的激光光源强度较高，或激光照明模组4工作时间过长时，波长转换装置上的荧光粉层局部温度升高，出现荧光粉热淬灭现象，使得转换受激光的效率降低，光感电装置检测照明光中的受激光和激光超出正常范围，接收模块接收光感电装置检测到的受激光和激光的光照强度，控制模块据此控制直流电源2的输出，对激光照明模组4的负载进行调节，降低激光光源的功率或直接关闭激光光源。

在其他实施方式中，激光模组也可以为透射型激光模组，此处不再赘述。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光调节方法，其特征在于，包括步骤：

实时监测光束中的受激光和激光的辐射强度；

当受激光和激光的辐射强度之比x低于阈值a时，以幅度m降低激光照明模组的输出功率；所述阈值a和幅度m为预设值；

根据降低幅度m后受激光和激光的辐射强度之比的变化量△x确定异常情况为荧光粉层损坏，或，为荧光猝灭；

当异常情况为荧光粉层损坏时，关闭激光照明模组；

当异常情况为荧光猝灭时，调节激光照明模组的输出功率使受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A；所述区间A为正常荧光粉层转化的受激光和激光的辐射强度之比的变化范围。

2.根据权利要求1所述的一种激光调节方法，其特征在于，

所述根据降低幅度m后受激光和激光的辐射强度之比的变化量△x确定异常情况为荧光粉层损坏，或，为荧光猝灭包括：

设定荧光粉初始含量下激光照明模组输出功率降低幅度m后受激光和激光的辐射强度之比的最小变化量的绝对值为b；

当所述变化量△x小于b，则确定异常情况为荧光粉层损坏，关闭激光照明模组；

当所述变化量△x大于b，则确定异常情况为荧光猝灭，降低激光照明模组的输出功率直至受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A。

3.根据权利要求1所述的一种激光调节方法，其特征在于，

所述调节激光照明模组的输出功率直至受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A包括：

每次以固定的幅度降低一次或一次以上激光照明模组的输出功率，直至受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A。

4.根据权利要求1所述的一种激光调节方法，其特征在于，

所述调节激光照明模组的输出功率直至受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A包括：

以不同的幅度连续多次降低激光照明模组的输出功率；其中，根据前次降低后受激光和激光的辐射强度之比x与区间A界限的差值和当前激光照明模组的输出功率确定幅度y，以幅度y进行下次激光照明模组的输出功率的降低。

5.根据权利要求4所述的一种激光调节方法，其特征在于，

所述根据前次降低后受激光和激光的辐射强度之比x与区间A界限的差值和当前激光照明模组的输出功率确定幅度y，具体为：

其中，区间A=[c，d]，a<c；y_n为第n次降低的幅度，x_n-1为第n-1次降低后受激光和激光的辐射强度之比，P_n-1为第n-1次降低后的激光照明模组输出功率，c和d为预设值，α₁和α₂为修正系数。

6.一种激光调节装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于获取光束中的受激光和激光的辐射强度；

控制模块，连接所述接收模块，用于当受激光和激光的辐射强度之比x低于阈值a时，以幅度m降低激光照明模组的输出功率，所述阈值a和幅度m为预设值；还用于根据降低幅度m后受激光和激光的辐射强度之比的变化量△x确定异常情况为荧光粉层损坏，或，为荧光猝灭，当异常情况为荧光粉层损坏时，关闭激光照明模组，当异常情况为荧光猝灭时，调节激光照明模组的输出功率直至受激光和激光的辐射强度之比x处于区间A；所述区间A为正常荧光粉层转化的受激光和激光的辐射强度之比的变化范围。

7.一种激光系统，包括激光驱动模组、激光照明模组和光感电装置；所述激光驱动模组用于调节所述激光照明模组的负载或启闭激光照明模组，以控制所述激光照明模组的输出功率或启闭；所述光感电装置用于测量受激光和激光的辐射强度；其特征在于，

还包括如权利要求6所述的激光调节装置；

所述激光照明模组包括波长转换装置和激光出射单元，所述激光出射单元与激光驱动模组连接；

所述波长转换装置用于吸收部分所述激光出射单元射出的激光并将其转换为受激光，受激光和未被所述波长转换装置吸收的激光混合形成照明光；

所述接收模块与所述光感电装置连接，以获取受激光和激光的辐射强度；

所述控制模块与所述激光驱动模组连接，通过控制所述激光驱动模组以关闭所述激光照明模组或调节所述激光照明模组的输出功率。

8.根据权利要求7所述的一种激光系统，其特征在于，

所述光感电装置包括两条独立光感通道，用于分别测量所述波长转换装置射出的受激光和激光的辐射强度。

9.根据权利要求7所述的一种激光系统，其特征在于，

所述激光出射单元包括激光光源和用于将激光光源聚焦于波长转换装置上的聚焦元件。

10.根据权利要求7所述的一种激光系统，其特征在于，

所述激光照明模组还包括透镜元件，所述透镜元件用于收拢和出射经过所述波长转换装置形成的照明光。

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