CN211976806U - 一种激光照明光学系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光照明领域，提供一种激光照明光学系统，包括激光发光装置、聚焦入射模组、波长转换装置、反光杯、变焦出射模组，反光杯具有第一焦点和第二焦点，所述波长转换装置位于所述第一焦点上；所述聚焦入射模组接收来自激光发光装置的光线并通过通光孔将光线汇聚到波长转换装置上，经波长转换装置转换后的光线由波长转换装置反射到反光杯上，再经反光杯反射且汇聚到第二焦点，并由变焦出射模组发射出去。本实用新型利用反光杯双焦点的反射特性，将激光聚集进入波长转换装置，经波长转换装置转换过的激光经过反光杯反射后，汇聚到反光第二焦点，再由变焦出射模组出射，根据需求，通过调整变焦透镜的位置实现超远距离或较近距离的照明效果。

Description

一种激光照明光学系统

技术领域

本实用新型涉及激光照明领域，更具体地，涉及一种激光照明光学系统。

背景技术

传统照明领域使用的光源多为卤素灯泡，此类光源显色性好，但由于其光电转换效率低、使用寿命短的特点严重限制了其在照明领域的应用与发展。近年来，新兴的半导体光源LED由于其发光效率高、稳定性好、寿命长的特点，其被广泛应用到各类照明设备中。

LED为具有一定发光面积的扩展光源，其发光面积也随着功率增大而增大。但由于LED并非理想的点光源，在特定的结构空间下，光学系统尺寸将严重受限制，基于扩展光源光学设计的难度会大大增加；且由于LED面光源的属性，在小尺寸光学系统的限制下，无法实现超高亮度的聚光，即出射发散角相比点光源光学系统的更大，因此点光源的使用对于照明设备内部空间的压缩及光学性能的提升有着极其重要的作用。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术LED作为点光源而使光学系统尺寸受到限制，导致增大光学设计的难度和无法实现超高亮度的聚光，提供一种激光照明光学系统，达到降低光学设计难度和实现超高亮度聚光的目的。

本实用新型采取的技术方案是，提供一种激光照明光学系统，包括激光发光装置、聚焦入射模组、波长转换装置、带有通光孔的反光杯、变焦出射模组，所述反光杯具有两个焦点，分别为第一焦点和第二焦点，所述波长转换装置位于所述第一焦点上；所述聚焦入射模组接收来自激光发光装置的光线并通过所述通光孔将所述光线汇聚到波长转换装置上，经波长转换装置转换后的光线由波长转换装置入射到反光杯上，再经反光杯反射汇聚到第二焦点，并由变焦出射模组发射出去。

本方案中，激光发光装置用于发出激光光线。激光入射模组用于将激光光线聚集到反光杯的第一焦点上。通光孔用于使来自激光发光装置的激光光线通过。波长转换装置用于将来自激光发光装置的激光光线转化成其他颜色的光线。反光杯用于将来自波长转换装置的光线汇聚到反光杯的第二焦点上。变焦出射模组用于接收来自第二焦点的光线，并改变该光线的出射角度。

所述激光发光装置辐射出的激光光线经入射系统聚焦，并在波长转换装置上聚焦成非常小的激发点，部分激光被波长转换装置吸收并转换成近朗伯型的激发光出射，与部分未被激发的激光入射至反光杯，再由反光杯反射汇聚到第二焦点，混合成所需要的色光。所述激发点与反光杯的第一焦点重合。根据反光杯具有两个焦点的反射特性，由反光杯的第一焦点出射的光线经反光杯的反射，其反射的激光光线将通过反光杯的第二焦点，因此其第二焦点可作为虚拟光源。由于本方案中的第二焦点的虚拟光源为接近点光源的理想光源，可通过变焦出射模组，一方面可以实现超高亮度的聚焦及超远距离的照明，同时也可通过调节变焦出射模组实现近距离大角度的泛光照明。

优选地，所述反光杯为椭球面反光杯或类椭球面反光杯。本方案中，椭球面反光杯、类椭球面反光杯均具有双焦点的光学特性。

优选地，所述椭球面反光杯的长轴和短轴的比例为1.1：1～2：1。

优选地，所述变焦出射模组包括小透镜、变焦调节透镜，所述小透镜和变焦调节透镜的组合焦点与所述第二焦点重合；所述小透镜用于接收来自所述第二焦点的光线，并由变焦调节透镜发射出去；所述变焦调节透镜通过在光轴上移动进行变焦。本方案中，小透镜和变焦调节透镜的组合焦点与所述第二焦点重合，可充分利用来自第二焦点的光线，提高光利用率，此时可获得高聚光、高亮度的光束，实现聚光照明。通过移动变焦调节透镜的位置改变光线的出射角度，通过调整照明距离，实现较近距离泛光照明。

优选地，所述波长转换装置为运动状态或静止状态。本方案中，若波长转换装置为运动状态，可避免大功率激光长时间聚焦于波长转换装置的同一点，而使波长转换装置的局部温度升高，导致波长转换装置损坏或失效，导致来自激光发光装置的激光光线无法被转换利用。若波长转换装置为静止状态，可减少相关附件的数量使用，降低生产成本。

优选地，所述通光孔的开孔面积大于通过该通光孔的所有激光光线的横截面积。本方案中，通光孔能够使尽量多的激光光线通过。在此前提下，适当缩小通光孔的开孔面积，可增加反光杯的反射效率。

优选地，一种激光照明光学系统，还包括反射装置，所述反射装置用于将来自聚焦入射模组且没有对准通光孔的激光反射到所述通光孔。本方案中，在激光发光装置发出的激光，即来自聚焦入射模组的激光没有对准通光孔时，采用反射装置将激光反射进通光孔。在上述基础上，激光发光装置的位置及角度可以根据需求调整，当激光发光装置激光的发射方向和聚焦入射模组均不对准通光孔时，可腾出更多的空间以放置其它相关的装置或部件。

优选地，所述反射装置为平面镜或直角棱镜。本方案中，可以根据需求选择反射装置的种类。其中，直角棱镜由于其本身具有直角，在放置时，不需要增设其它的部件使其呈一定的角度平稳放置。

优选地，一种激光照明光学系统，还包括遮光装置，所述遮光装置位于波长转换装置背光一侧。本方案中，遮光装置可有效地避免激光因波长转换装置失效，激光直接出射到外界对人体造成伤害。

优选地，所述反光杯的内表面设有反射层，所述反射层为金属层或可见光高反介质膜层。本方案中，金属层或可见光高反介质膜层可有效地反射激光，金属层和可见光高反介质膜层的反射率均大于80％。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型采用了激光发光装置、聚焦入射模组、波长转换装置、带有通光孔的反光杯、变焦出射模组等部件，巧妙地利用反光杯双焦点的反射特性，将激光光线经聚焦入射模组的聚集进入位于反光杯第一焦点的波长转换装置，经波长转换装置转换过的激光经过反光杯反射后，聚集到反光第二焦点，再由变焦出射模组出射，根据需求，实现超远距离聚光照明或较近距离泛光照明；同时，也激光发光装置为更理想的光源，大大降低光学设计难度。在上述基础上，增加了反射装置对激光发光装置的位置及角度调整，腾出更多的空间以放置其它相关的装置或部件。本实用新型还设置了遮光装置，避免波长转换装置损坏或失效导致激光直接出射对人体造成伤害。

附图说明

图1为本实用新型的实施方式一的示意图。

图2为波长转换装置301的俯视图。

图3为波长转换装置301的侧视图。

图4为本实用新型的实施方式一的变焦示意图。

图5为本实用新型的实施方式二的示意图。

图6为本实用新型的实施方式三的示意图。

图7为本实用新型的实施方式四的示意图。

图8为激光在反射装置203上的传播路径示意图。

附图标记：101、激光发光装置；201、激光准直透镜；202、激光聚焦透镜； 203、反射装置；301、波长转换装置；401、反光杯；501、小透镜；502、变焦调节透镜；601、遮光装置；701、入射光轴；702、出射光轴；801、第一焦点； 802、第二焦点；803、激发点；901、马达。

具体实施方式

本实用新型附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。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照明光学系统，包括激光发光装置101、聚焦入射模组、波长转换装置301、带有通光孔的反光杯401、变焦出射模组。激光发光装置101发出的激光经聚焦入射模组形成入射光轴701。本实施例中入射光轴701对准通光孔。

所述激光发光装置101为半导体激光器，具体地，激光发光装置101为半导体激光管。此处激光发光装置所发出的光为蓝色激光，但也不限于蓝色激光。半导体激光技术的发展给新型照明设备带来新机，半导体激光器是接近点光源的理想光源，且发光功率和密度较高，在应用于照明设备的光学系统设计上会更加简单灵活，光线系统的光学性能也将大大提升。半导体激光器具有寿命长、发光效率高、性能稳定、节能环保、无金属污染、良好方向性和高亮度等特点，在使用过程中合理布置可大大缩小光学系统的体积，减小产品的结构尺寸，降低光学设计难度。

所述聚焦入射模组用于接收来自激光发光装置101的蓝色激光，并将来自激光发光装置101的蓝色激光聚焦。所述聚焦入射模组包括激光准直透镜201、激光聚焦透镜202，激光发光装置101所发射出的蓝色激光经过激光准直透镜201 准直成近平行光出射，再通过激光聚焦透镜202将蓝色激光聚焦。

所述反光杯401带有通光孔，且具有两个焦点，分别为第一焦点801和第二焦点802。本实施例中所述通光孔可以与所述第一焦点801设在同一直线上，即通光孔、第一焦点801、入射光轴701在同一直线。所述反光杯401为椭球面反光杯或类椭球面反光杯；反光杯401的内表面设有反射层，所述反射层为金属层或可见光高反介质膜层；金属层可以为银层、铝层。其中，所述通光孔的开孔面积大于通过该通光孔的所有激光光线的横截面积，即蓝色激光光束的横截面积；在此前提下，也要适当地缩小通光孔的开孔面积，以增加反光杯的反射效率。椭球面反光杯401的长轴和短轴的比例为1.1：1～2：1。来自聚焦入射模组的蓝色激光通过反光杯401上的通光孔，汇聚到第一焦点801上。

所述波长转换装置301位于反光杯的第一焦点801上。波长转换装置301上设有荧光粉层，该荧光粉层为黄磷粉层。如图2和图3所示，所述波长转换装置 301为运动状态，波长转换装置301为环状，且波长转换装置301通过中心的内孔套设在马达901上，并由马达901带动做周期性旋转运动。波长转换装置301 除了做周期性旋转运转之外，波长转换装置301也可以为往复运动状态。来自聚焦入射模组的蓝色激光聚集到位于第一焦点801上的波长转换装置301上，在波长转换装置301上形成激发点803，该激发点803与第一焦点801重合。经过波长转换装置301上的荧光粉层进行光的激发形成激发光，所述激发光可根据需求通过调整荧光粉层来得到所需要的颜色，如蓝色激光被激发成白色激光。激发光和部分未被激发的蓝色激光入射到反光杯401上，再经反光杯401聚集到反光杯的第二焦点802上。

所述变焦出射模组包括小透镜501、变焦调节透镜502，所述小透镜501与变焦透镜502的组合焦点与所述第二焦点802重合。所述小透镜502接收来自汇聚在所述第二焦点802的未被激发的蓝色激光和激发光的混合光线，该混合光线可由激发光与未被激发的蓝色激光混合形成单一的色光，并由变焦调节透镜502 发射出去，混合光线的光轴，如出射光轴702所示。若需要增大混合光线的发射角度，如图4所示，所述变焦调节透镜502通过在光轴上移动实现。

一种激光照明光学系统，还包括遮光装置601，所述遮光装置601位于波长转换装置301背光一侧。遮光装置601的面积远大于波长转换装置301的面积。遮光装置601可以为金属吸收挡板，可吸收激光；遮光装置601也可以为不透光的装置或挡板，防止激光透过。

本实用新型将蓝色激光经过聚焦入射模组聚焦到波长转换装置301上，波长转换装置301将蓝色激光激发，激发光和少部分未被激发的蓝色激光反射到反光杯401上，再由反光杯401反射形成一个虚拟点光源，所述虚拟点光源为聚集在第二焦点802上的激光，从而实现入射光轴701与出射光轴702的分离。将虚拟点光源搭配变焦出射模组，实现了激光照明设备的变焦照明功能。

实施例2

如图5、图6所示，在实施例的基础上，当入射光轴701不对准通光孔时，本实用新型增加反射装置203将来自聚焦入射模组的蓝色激光反射到所述通光孔，并汇聚到第一焦点801上。所述反射装置203为平面镜或直角棱镜。其中，当反射装置203为平面镜时，平面镜呈45°角倾斜放置，可以在平面镜下方设置正三棱柱使平面镜放置稳定。当反射装置203为直角棱镜时，可以在直角棱镜的斜面上镀有蓝色激光高反介质膜层或金属层。

当本实用新型应用在手电筒时，当将激光发光装置101如图5和图6放置，可进一步缩短手电筒的总体长度。

实施例3

如图7所示，在实施例1和实施例2的基础上，当将激光发光装置101较实施例2往下平移，这样可给激光手电筒腾出更大的内部空间。反射装置203为平面镜，通过反射装置203的反射，蓝色激光以任何角度进入波长转换装置301。蓝色激光在反射装置203上的传播路径如图8所示。波长转换装置301受激辐射后发出的激发光相当于朗伯型发光体，通过后面的变焦出射模组同样实现变焦照明的功能，即通过调整变焦透镜502的位置实现超远距离聚光照明或较近距离泛光照明。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的具体实施方式的限定。凡在本实用新型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，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光照明光学系统，其特征在于，包括激光发光装置(101)、聚焦入射模组、波长转换装置(301)、带有通光孔的反光杯(401)、变焦出射模组，所述反光杯(401)具有第一焦点(801)和第二焦点(802)，所述波长转换装置(301)位于所述第一焦点(801)上；所述聚焦入射模组接收来自激光发光装置(101)的光线并通过所述通光孔将所述光线汇聚到波长转换装置(301)上，经波长转换装置(301)转换后的光线由波长转换装置(301)反射到反光杯(401)上，再经反光杯(401)反射汇聚到第二焦点(802)，并由变焦出射模组发射出去。

2.根据权利要求1所述的一种激光照明光学系统，其特征在于，所述反光杯(401)为椭球面反光杯或类椭球面反光杯。

3.根据权利要求2所述的一种激光照明光学系统，其特征在于，所述椭球面反光杯(401)的长轴和短轴的比例为1.1：1～2：1。

4.根据权利要求1所述的一种激光照明光学系统，其特征在于，所述变焦出射模组包括小透镜(501)、变焦调节透镜(502)，所述小透镜(501)和变焦调节透镜(502)的组合焦点与所述第二焦点(802)重合；所述小透镜(501)接收来自所述第二焦点(802)的光线，并由变焦调节透镜(502)发射出去；所述变焦调节透镜(502)通过在光轴上移动实现变焦。

5.根据权利要求1所述的一种激光照明光学系统，其特征在于，所述波长转换装置(301)为运动状态或静止状态。

6.根据权利要求1所述的一种激光照明光学系统，其特征在于，所述通光孔的开孔面积大于通过该通光孔的所有激光光线的横截面积。

7.根据权利要求1所述的一种激光照明光学系统，其特征在于，还包括反射装置(203)，所述反射装置(203)用于将来自聚焦入射模组且没有对准通光孔的激光反射到所述通光孔。

8.根据权利要求7所述的一种激光照明光学系统，其特征在于，所述反射装置(203)为平面镜或直角棱镜。

9.根据权利要求1所述的一种激光照明光学系统，其特征在于，还包括遮光装置(601)，所述遮光装置(601)位于波长转换装置(301)背光一侧。

10.根据权利要求1至9任一项所述的一种激光照明光学系统，其特征在于，所述反光杯(401)的内表面设有反射层，所述反射层为金属层或可见光高反介质膜层。

Images