CN217787510U - 一种激光照明装置及激光照明系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光照明装置及激光照明系统，所述激光照明装置包括发出激光光束的激光光源、对激光光束进行收拢和/或聚焦的聚焦组件，将被收拢和/或聚焦的激光光束至少部分转换为受激光的透射型荧光色轮，以及匀光扩散元件，未被转换的激光光束和所述受激光混合形成照明光，所述激光光源、聚焦组件、透射型荧光色轮依次设置，所述匀光扩散元件设置于所述激光光源和所述透射型荧光色轮之间或设置于照明光的光路上；所述匀光扩散元件包括第一区和第二区，所述第一区为镂空结构或0゜扩散角或所述第一区具有第一扩散角，所述第二区具有第二扩散角，所述第一扩散角小于第二扩散角。所述激光照明装置出射的光斑外周色温均匀，光斑一致性好。

Description

一种激光照明装置及激光照明系统

技术领域

本实用新型涉及激光照明技术领域，更具体地，涉及一种激光照明装置及激光照明系统。

背景技术

目前市面上的大功率激光照明系统均为反射型激光模组，反射型激光模组的主要优点在于：1)荧光激发效率高，原因在于荧光材料经过了两次激发，故而激发效率高，照明光的照度高，光通量大；2)散热效果好，反射型激光模组用于承载荧光层所使用的基体大多为金属材质，如铝、铜等，金属材质导热系统高，散热效果好。但反射型激光模组的光路结构和工艺复杂，另外反射型聚光模组体积较大，所占用的空间大，不能较好地满足激光模组小型化的市场需求。透射型激光模组是有别于反射型激光模组的照明方式，其具有体积小、结构简单，制作工艺简便等优点。然而，透射型激光模组的光效、光斑的一致性等还存在进一步改善的空间。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种激光照明装置，所述激光照明装置出射的光斑外周色温均匀，光斑一致性好。

本实用新型的另一目的在于提供一种激光照明系统。所述激光照明系统收光率高且光通量高。

本实用新型采取的技术方案如下：

一种激光照明装置，包括发出激光光束的激光光源、对激光光束进行收拢和/或聚焦的聚焦组件，将被收拢和/或聚焦的激光光束至少部分转换为受激光的透射型荧光色轮，以及匀光扩散元件，未被转换的激光光束和所述受激光混合形成照明光，所述激光光源、聚焦组件、透射型荧光色轮依次设置，所述匀光扩散元件设置于所述激光光源和所述透射型荧光色轮之间或设置于照明光的光路上；所述匀光扩散元件包括第一区和第二区，所述第一区为镂空结构或0゜扩散角或所述第一区具有第一扩散角，所述第二区具有第二扩散角，所述第一扩散角小于第二扩散角。

在其中一个实施例中，所述匀光扩散元件为单片式扩散元件，所述第二区围绕所述第一区或所述第二区位于第一区两侧。

在其中一个实施例中，所述匀光扩散元件为多片式扩散元件，所述多片式扩散元件至少包括一片上述单片式扩散片，或所述多片式扩散元件至少包括第一扩散片和第二扩散片，所述第一扩散片和第二扩散片之间设有供激光光束通过的间隙或通光孔。

在其中一个实施例中，所述多片式扩散元件还包括第三扩散片，所述第三扩散片的扩散角小于第一扩散片的扩散角度或第二扩散片的扩散角度。

在其中一种实施方式中，所述激光光源包括8～30个激光器。

在其中一种实施方式中，所述聚焦组件包括三个透镜且其中至少有两个为平凸透镜。

在其中一种实施方式中，所述透射型荧光色轮包括波长转换单元和驱动所述波长转换单元旋转的驱动件，所述波长转换单元包括依次层叠设置的第一光学膜、蓝宝石片、第二光学膜和荧光层，所述第一光学膜为增加激光透过率的增透膜，所述第二光学膜为透射激光且反射受激光的光学膜。

一种激光照明系统，包括所述的激光照明装置以及准直透镜组件和出光透镜，所述准直透镜组件对激光照明装置发出的照明光进行收拢和/或准直，所述出光透镜将准直后的照明光出射。

在其中一个实施例中，所述匀光扩散元件设置于所述准直透镜组件和出光透镜之间，或设置于准直透镜组件的透镜之间。

在其中一种实施方式中，所述准直透镜组件包括第四透镜、第五透镜和第六透镜，所述第四透镜为平凸透镜，所述第五透镜为双凸透镜或凹凸透镜，所述第六透镜为非球面透镜，所述准直透镜组件的数值孔径大于或等于0.92。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：本实用新型在激光光源和所述透射型荧光色轮之间或照明光的光路上设置匀光扩散元件，通过对匀光扩散元件的结构进行特殊设计，使得光斑边缘受到的扩散作用大于中心受到的扩散作用，扩大了光斑的边缘区域，从而使得光斑经过通光孔和镜头后出射的光斑的外周色温更均匀，光斑一致性好。

附图说明

图1为本实用新型实施例1激光照明装置的结构图。

图2为本实用新型实施例1的匀光扩散元件的结构图。

图3为本实用新型实施例1另一实施方式的匀光扩散元件的结构图。

图4为本实用新型实施例1另一实施方式的匀光扩散元件的结构图。

图5为本实用新型实施例2激光照明装置的结构图。

图6为本实用新型实施例2另一实施方式激光照明装置的结构图。

图7为本实用新型实施例3激光照明系统的结构图。

图8为本实用新型实施例4激光照明系统的结构图。

附图说明:100、激光照明装置；10、激光光源；20、聚焦组件；21、第一透镜；22、第二透镜；23、第三透镜；30、透射型荧光色轮；40、匀光扩散元件；401第一区、402、第二区；200、激光照明系统；50、准直透镜组件；51、第四透镜；52、第五透镜；53、第六透镜；60、出光透镜。

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、图2所示，本实施例公开了一种激光照明装置100，包括发出激光光束的激光光源10、对激光光束进行收拢和/或聚焦的聚焦组件20，将被收拢和/或聚焦的激光光束至少部分转换为受激光的透射型荧光色轮30，以及匀光扩散元件40，未被转换的激光光束和所述受激光混合形成照明光，所述激光光源10、聚焦组件20、透射型荧光色轮30依次设置。本实施例以所述匀光扩散元件40设置于所述激光光源10和所述透射型荧光色轮30之间为例，在其他实施方式中，所述匀光扩散元件还可以设置在照明光的光路上。本实施例所述匀光扩散元件40包括第一区401和第二区402，所述第一区401为镂空结构或0゜扩散角或所述第一区401具有第一扩散角，所述第二区402具有第二扩散角，所述第一扩散角小于第二扩散角。更具体地，本实施例中所述匀光扩散元件为单片式扩散元件，所述第二区402围绕所述第一区401。

本实施方式所述激光照明装置100的激光光源10发出激光光束，聚焦组件20对激光光束进行收拢和/或聚焦并将收拢和/或聚焦后的激光光束聚焦于透射型荧光色轮30上，透射型荧光色轮30的光路为直射式，整个激光照明装置100的光学件、结构件的设计和固定简单，在结构和工艺方面更为简单，更适合稳定生产。通过设置聚焦组件20对激光光束进行收拢和 /或聚焦，能够提高激光光束的光能量密度，进而可以提高对透射型荧光色轮30上荧光层的激发效率。透射型荧光色轮30透过激光，并将至少部分激光转换为受激光。以激光为蓝激光、透射型荧光色轮30的荧光层为黄色荧光粉层为例，蓝激光照射到黄色荧光粉层后，部分蓝激光会被转化为黄光，部分蓝激光也会发生散射变成蓝光，黄光和蓝光混合形成视觉上为白光的照明光。对于大功率激光光源，聚焦后的激光的能力密度非常高，为了避免荧光层出现烧粉现象，采用荧光色轮结构，荧光色轮上荧光层受激发的位置是周期性变化的，从而可以避免激光光束聚焦于一个固定不变的点，既能避免烧粉，又可以提高荧光粉的激发效率。进一步地，在所述激光光源10和所述透射型荧光色轮30之间还设置匀光扩散元件，且所述匀光扩散元件包括第一区401和第二区402，所述第一区401为镂空结构或0゜扩散角或所述第一区401具有第一扩散角，所述第二区402具有第二扩散角，所述第一扩散角小于第二扩散角。如此设计能够扩大入射至透射型荧光色轮30上的激光的光斑，使得光斑外周色温均匀，光斑一致性好，另外，还能提高荧光层的激发效率，提高光通量。

进一步地，如图2所示，本实施例所述匀光扩散元件为单片式扩散元件，整体外形为矩形，包括位于中心区域为第一区401，第一区为圆形，围绕第一区401的为第二区402，第一区的扩散角度为0゜，第二区的扩散角度为10～20゜，由于第一区401不扩散，而第二区 402扩散，因而光斑中心区域的激光的强度反而会增加，如此可以提高透过第一区照射到透射型荧光色轮30上的激光光斑的强度，进而可以提升激发效率，提高光通量。第二区402 由于扩散角度大，能够扩大激光的边缘区域，光斑经过通光孔和镜头后出射的光斑的外周色温更均匀，光斑一致性好。

在其他实施方式中，所述单片式扩散元件还可以整体为圆形结构，如图3中的a所示。在另一实施方式中，所述单片式扩散元件还可以整体为矩形结构且中间第一区也为矩形结构，如图3中的b所示。

在其他实施方式中，所述单片式扩散元件还可以为中间为第一区401，第二区402位于第一区401两侧，如图4所示。

在其他实施方式中，也可以为第一区401的扩散角度为

第二区402的扩散角度为

如此设计既可以保证激光光斑中心的能力密度不至于下降大多，又可以避免光斑中心位置照射的荧光层出现烧粉现象。

进一步地，本实施例中，所述激光光源包括8～30个激光器。进一步地，多个激光器按照阵列排布，形成大功率激光模组。本实施例所述的激光照明装置是大功率激光照明装置，激光功率为250W～350W。

进一步地，本实施例中，所述聚焦组件20包括三个透镜且其中至少有两个为平凸透镜。更进一步地，所示聚焦组件20包括沿激光光束出射方向依次且同轴设置的第一透镜21、第二透镜22和第三透镜23，所述第一透镜21、第三透镜23均为平凸透镜，所述第二透镜22 为凹凸透镜。

进一步地，本实施例中，所述匀光扩散元件40设置于第二透镜22和第三透镜23之间。在其他实施方式中，匀光扩散片40还可以设置于第一透镜21和第二透镜22之间或第三透镜 23和荧光色轮30之间。

进一步地，本实施例中，所述透射型荧光色轮30包括波长转换单元31和驱动所述波长转换单元旋转的驱动件32，所述波长转换单元包括依次层叠设置的第一光学膜、蓝宝石片、第二光学膜和荧光层，所述第一光学膜为增加激光透过率的增透膜，所述第二光学膜为透射激光且反射受激光的光学膜。第一光学膜可以提高激光的透过率，进而提高激光利用率，增大光通量、照度。第二光学膜可以透射激光且反射受激光，避免受激光损失，提高出射的受激光的比例，进而也能提高照明光出光效率。

进一步地，所述驱动件32为无刷电机或马达。

进一步地，本实施例中所述透射型荧光色轮30还包括与所述波长转换单元连接的叶轮 33，在波长转换单元31旋转带动下，叶轮33可以较好地带动空气流动，辅助波长转换单元散热。

更具体地，所述叶轮33为金属叶轮，金属叶轮能进一步辅助荧光色轮散热，提高散热效果。

在其他实施方式中，所述叶轮33也可直接与无刷电机或马达连接，即与无刷电机或马达连接的输出轴连接。

实施例2

如图5所示，本实施例公开了一种激光照明装置100，包括发出激光光束的激光光源10、对激光光束进行收拢和/或聚焦的聚焦组件20，将被收拢和/或聚焦的激光光束至少部分转换为受激光的透射型荧光色轮30，以及匀光扩散元件40，未被转换的激光光束和所述受激光混合形成照明光，所述激光光源10、聚焦组件20、透射型荧光色轮30依次设置，所述匀光扩散元件40设置于所述激光光源10和所述透射型荧光色轮30之间，所述匀光扩散元件 40为多片式扩散元件，包括第一扩散片41、第二扩散片42，所述第一扩散片41和第二扩散片42之间设有供激光光束通过的间隙或通光孔。

本实施例2与实施例1大体相同，区别在于：本实施例的匀光扩散元40为多片式扩散元件。具体地，本实施例中第一扩散片41和第二扩散片42彼此相对的边为弧形边。此种设计可以通过两片扩散片对激光光束形成的光斑的边缘进行扩散，既保证光斑的中心光能量密度又对光斑的边缘进行了扩散，且扩散片可以均是相同扩散度，制作成本低。

在其他实施方式中，也可以第一扩散片41和第二扩散片42为矩形结构。

在其他实施方式中，如图6所示，所述匀光扩散元件还包括第三扩散片43，所述第三扩散片43设置在被收拢和/或聚焦的激光光束的出射光路上，所述第三扩散片43的扩散角度小于第一扩散片41的扩散角度或第二扩散片42的扩散角度。设置第三扩散片43可以避免激光光束的中心能量密度过高导致烧粉。

本实施例的所述激光照明装置100的其他结构和工作原理与实施例1基本相同，此处不再赘述。

实施例3

如图7所示，一种激光照明系统，包括上述实施例1或实施例2所述的激光照明装置以及准直透镜组件50和出光透镜60，所述准直透镜组件50对激光照明装置发出的照明光进行收拢和/或准直，所述出光透镜60将准直后的照明光出射。

由于经透射型荧光色轮30转换后的照明光是呈朗伯型分布的，故而设置准直透镜组件 50对的照明光进行收拢和/或准直。出光透镜60则将收拢和/或准直的照明光出射出去。

进一步地，本实施例3中，所述准直透镜组件50包括第四透镜51、第五透镜52和第六透镜53，所述第四透镜为平凸透镜51，所述第五透镜52为双凸透镜或凹凸透镜，所述第六透镜53为非球面透镜，所述准直透镜组件50的数值孔径大于或等于0.92。采用数值孔径大于或等于0.92的准直组件的收光率高，能够进一步提高照明光的光通量。第六透镜采用非球面透镜可以较好的矫正像差。

进一步地，本实施例3中，所述第四透镜51、第五透镜52和第六透镜53的组合焦距为f，所述透射型荧光色轮30的出光面到第六透镜53的出光面的最远距离为L，所述L和f 满足：1.52＜L/f＜1.88；所述第四透镜51的有效通光孔径为D1，所述透射型荧光色轮30的出光面和所述第四透镜51的间隙间距为L1，所述D1和L1满足：7<D1/L1<11。如此设计，既能保证收光率，又能保证成像光学系统成像差异小，像差矫正度高，且准直组件体积小。

实施例4

如图8所示，一种激光照明系统，包括激光照明装置以及准直透镜组件50和出光透镜 60，所述激光照明装置包括发出激光光束的激光光源10、对激光光束进行收拢和/或聚焦的聚焦组件20，将被收拢和/或聚焦的激光光束至少部分转换为受激光的透射型荧光色轮30，以及匀光扩散元件40，未被转换的激光光束和所述受激光混合形成照明光，所述激光光源10、聚焦组件20、透射型荧光色轮30依次设置，所述匀光扩散元件40设置于照明光的光路上，所述准直透镜组件50对激光照明装置发出的照明光进行收拢和/或准直，所述出光透镜60将准直后的照明光出射，所述匀光扩散片40包括第一区和第二区，所述第一区为镂空结构或0 ゜扩散角或所述第一区具有第一扩散角，所述第二区具有第二扩散角，所述第一扩散角小于第二扩散角。

本实施例4与实施例3的区别在于，所述匀光扩散片的位置不同，进一步地，本实施例中，所述匀光扩散片40位于准直透镜组件50和出光透镜60之间。与实施例3不同的是，实施例3的匀光扩散片是对激光进行匀化，而本实施例4所述匀光扩散片是对照明光进行匀化，匀化后的照明光的光斑经过通光孔和镜头后出射的光斑的外周色温均匀，光斑一致性好。

本实施例4其他结构和工作原理与实施例3基本相同，此处不再赘述。

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)

1.一种激光照明装置，其特征在于，包括发出激光光束的激光光源、对激光光束进行收拢和/或聚焦的聚焦组件，将被收拢和/或聚焦的激光光束至少部分转换为受激光的透射型荧光色轮，以及匀光扩散元件，未被转换的激光光束和所述受激光混合形成照明光，所述激光光源、聚焦组件、透射型荧光色轮依次设置，所述匀光扩散元件设置于所述激光光源和所述透射型荧光色轮之间或设置于照明光的光路上；

所述匀光扩散元件包括第一区和第二区，所述第一区为镂空结构或0゜扩散角或所述第一区具有第一扩散角，所述第二区具有第二扩散角，所述第一扩散角小于第二扩散角。

2.根据权利要求1所述的激光照明装置，其特征在于，所述匀光扩散元件为单片式扩散元件，所述第二区围绕所述第一区或所述第二区位于第一区两侧。

3.根据权利要求1所述的激光照明装置，其特征在于，所述匀光扩散元件为多片式扩散元件，所述多片式扩散元件至少包括一片单片式扩散片，或所述多片式扩散元件至少包括第一扩散片和第二扩散片，所述第一扩散片和第二扩散片之间设有供激光光束通过的间隙或通光孔。

4.根据权利要求3所述的激光照明装置，其特征在于，所述多片式扩散元件还包括第三扩散片，所述第三扩散片的扩散角小于第一扩散片的扩散角度或第二扩散片的扩散角度。

5.根据权利要求1所述的激光照明装置，其特征在于，所述激光光源包括8～30个激光器。

6.根据权利要求1所述的激光照明装置，其特征在于，所述聚焦组件包括三个透镜且其中至少有两个为平凸透镜。

7.根据权利要求1所述的激光照明装置，其特征在于，所述透射型荧光色轮包括波长转换单元和驱动所述波长转换单元旋转的驱动件，所述波长转换单元包括依次层叠设置的第一光学膜、蓝宝石片、第二光学膜和荧光层，所述第一光学膜为增加激光透过率的增透膜，所述第二光学膜为透射激光且反射受激光的光学膜。

8.一种激光照明系统，其特征在于，包括权利要求1至7所述的激光照明装置以及准直透镜组件和出光透镜，所述准直透镜组件对激光照明装置发出的照明光进行收拢和/或准直，所述出光透镜将准直后的照明光出射。

9.根据权利要求8所述的激光照明系统，其特征在于，所述匀光扩散元件设置于所述准直透镜组件和出光透镜之间，或设置于准直透镜组件的透镜之间。

10.根据权利要求8所述的激光照明系统，其特征在于，所述准直透镜组件包括第四透镜、第五透镜和第六透镜，所述第四透镜为平凸透镜，所述第五透镜为双凸透镜或凹凸透镜，所述第六透镜为非球面透镜，所述准直透镜组件的数值孔径大于或等于0.92。

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