CN218544057U - 移动机器、机动车辆及照明系统 - Google Patents

Abstract

一种移动机器、机动车辆及照明系统，该系统被配置为发射可见白光和红外发射，该光源或系统包括激光二极管、波长转换器和红外发射激光二极管。由于能够发射可见光谱和红外光谱中的光，该系统至少是双波段发射光源。

Description

移动机器、机动车辆及照明系统

相关申请的交叉引证

本申请要求于2021年9月20日提交的美国专利申请号17/479,671的优先权，该申请的全部公开内容实际上通过引用结合于此。

技术领域

本申请涉及移动机器、机动车辆及照明系统。

背景技术

由于固态照明技术提供的高效率、长寿命、低成本和无毒性，发光二极管(LED)已迅速成为照明技术的选择。LED是一种双引线光源，通常基于p-i-n结二极管，当激活时会发出电磁辐射。来自LED的发射是自发的，并且典型地呈朗伯模式。当合适的电压施加到引线上时，电子和空穴在装置内复合，以光子的形式释放能量。这种效应称为电致发光，光的颜色由半导体的能带隙决定。

通过将基于GaN的LED与磷光体等波长转换材料相结合，实现了固态白光源。这种利用基于GaN的LED和磷光材料产生白光的技术现在正在照亮我们周围的世界，因为该技术具有许多优于白炽灯光源的优势，包括能耗更低、寿命更长、物理强度更高、尺寸更小和开关速度更快。LED 现在广泛应用于航空照明、机动车辆头灯、广告、普通照明、交通信号和相机闪光灯。LED允许开发新的文本、视频显示器和传感器，同时其高开关速率在通信技术中非常有用。

尽管有用，但根据以下公开内容中描述的实用新型，LED仍具有需要克服的限制。

实用新型内容

本实用新型的一些实施例提供了一种系统或设备，其配置有与基于含镓和氮的激光二极管的白光源集成的红外(IR)照明源。由于能够发射可见光谱和红外光谱中的光，该系统或设备至少是双波段发射光源。仅举例来说，本实用新型提供了远程和集成的智能激光照明装置和方法，其配置有红外和可见光照明能力，以用于聚光照明、检测、成像、投影显示、空间动态照明装置和方法、LIDAR、LiFi和可见光通信装置和方法以及上述在普通照明、商业照明和显示、轿车照明和通信、国防和安全、搜索和救援、工业处理、互联网通信、农业或园艺的应用中的各种组合。根据本实用新型的集成光源可以包含到轿车头灯、普通照明光源、安全光源、搜索光源、防御光源中，作为光保真技术(LiFi)通信装置，用于园艺目的，以优化植物生长，或许多其他应用。

根据一个实施例，一种移动机器，包括白光系统，包括：含镓和氮的激光二极管，具有脊形波导，在该脊形波导的端部上具有刻面区域；该含镓和氮的激光二极管被配置为通过一个刻面区域输出定向电磁辐射，来自含镓和氮的激光二极管的定向电磁辐射的特征在于第一峰值波长；第一波长转换器，设置在来自含镓和氮的激光二极管的定向电磁辐射的路径中，其中，该第一波长转换器被配置为将定向电磁辐射的第一峰值波长的至少一部分至少转换成比第一峰值波长更长的第二峰值波长，并且生成至少包括第二峰值波长的白光发射；以及红外(IR)系统，包括：红外发射激光二极管，被配置为输出红外发射，该红外发射激光二极管被配置为输出特征在于在电磁辐射光谱的红外区域中的第三峰值波长的定向电磁辐射。

在一个实施例中，含镓和氮的激光二极管和/或红外发射激光二极管被配置为与飞行时间感测、光检测和测距(LIDAR)感测一起使用。

在另一实施例中，含镓和氮的激光二极管和/或红外发射激光二极管被配置为与光保真技术(LiFi)系统中的数据的通信或传输一起使用。

在另一实施例中，IR系统被配置用于夜视或IR照明应用，并且被配置为独立于含镓和氮的激光二极管操作。

在另一实施例中，该移动机器是轿车、无人驾驶交通工具、飞机、船只、水下交通工具、越野交通工具以及卡车中的一种。

根据另一实施例，一种移动机器，具有照明系统，该照明系统包括：光源，包括：激光二极管，被配置作为第一泵浦光装置，该激光二极管具有光腔，该光腔具有光波导区域和一个或多个刻面区域，该激光二极管被配置为通过至少一个刻面区域输出定向电磁辐射，来自激光二极管的定向电磁辐射的特征在于第一峰值波长；第一波长转换器，光学耦合到路径，以接收来自第一泵浦光装置的定向电磁辐射，其中，第一波长转换器被配置为将定向电磁辐射的第一峰值波长的至少一部分至少转换成比第一峰值波长更长的第二峰值波长，并且生成至少包括第二峰值波长的可见白光发射；红外发射激光二极管，被配置为提供红外发射，该红外发射激光二极管被配置为输出特征在于在电磁光谱的红外部分中的第三峰值波长的定向电磁辐射。

在一个实施例中，来自第一泵浦光装置的第一峰值波长在390nm至 430nm的紫色波长区域内；或者其中，激光二极管是含镓和氮的激光二极管，镓和氮的激光二极管被配置为发射430nm至480nm的蓝色波长区域中的第一峰值波长。

在另一实施例中，第一波长转换器光学耦合到来自红外发射激光二极管的定向电磁辐射，其中，该第一波长转换器被配置为反射和/或散射红外发射；并且其中，红外发射和可见白光发射在同一空间领域内重叠。

在另一实施例中，第一波长转换器被配置为透射和/或散射来自红外发射激光二极管的红外发射；并且其中，红外发射和可见白光发射在同一空间领域内重叠。

在另一实施例中，第一波长转换器由磷光材料组成；并且其中，磷光材料包括掺杂Ce的陶瓷钇铝石榴石(YAG)、或者掺杂Ce的单晶YAG 或者包括粘合剂材料的粉末状YAG；并且其中，磷光材料具有至少每光瓦50流明的光转换效率。

在另一实施例中，红外发射激光二极管被配置为发射波长范围为 700nm至1100nm、波长范围为1100nm至2500nm或波长范围为2500nm 至15000nm的第三峰值波长。

在另一实施例中，红外发射激光二极管基于包括GaAs、InP、InGaAs、 InAs、InAlAs、AlGaAs、AlInGaP、InGaAsP或InGaAsSb的材料系统。

在另一实施例中，还包括光束成形器，该光束成形器具有一个或多个光学元件，该光学元件选自慢轴准直透镜、快轴准直透镜、非球面透镜、球形透镜、全内反射器(TIR)光学器件、抛物面透镜光学器件、折射光学器件和微机电系统(MEMS)反射镜的列表，该光学元件被配置为引导、准直、聚焦可见白光发射以至少修改该白光发射的角度分布。

在另一实施例中，至少具有第二峰值波长的可见白光发射耦合到光纤构件中，或者其中，具有第三峰值波长的红外发射耦合到光纤构件中，或者其中，至少具有第二峰值波长的可见白光发射和具有第三峰值波长的红外发射两者耦合到光纤构件中；其中，该光纤构件是单模光纤(SMF)或多模光纤(MMF)；并且其中，光纤构件具有范围从1μm到10μm、10μm到50μm、50μm到150μm、150μm到500μm、500μm到1mm、1mm到5mm 或大于5mm的纤芯直径。

根据另一实施例，一种机动车辆，该机动车辆具有外部照明系统和内部照明系统中的至少一个，该机动车辆包括上述的移动机器。

根据另一实施例，红外发射激光二极管被配置用于夜视或IR照明应用，并且被配置为独立于激光二极管操作。

根据另一实施例，激光二极管和/或红外发射激光二极管被配置为与飞行时间感测、光检测和测距(LIDAR)感测一起使用。

根据另一实施例，激光二极管和/或红外发射激光二极管被配置为与光保真技术(LiFi)系统中的数据的通信或传输一起使用。

根据另一实施例，一种照明系统包括：光源，包括：激光二极管，被配置作为第一泵浦光装置，该激光二极管具有光腔，光腔具有光波导区域和一个或多个刻面区域，激光二极管被配置为通过至少一个刻面区域输出第一定向电磁辐射，来自激光二极管的第一定向电磁辐射的特征在于第一峰值波长；第一波长转换器，光学耦合到第一路径，以接收来自第一泵浦光装置的第一定向电磁辐射，其中，第一波长转换器被配置为将第一定向电磁辐射的第一峰值波长的至少一部分转换成比第一峰值波长更长的至少第二峰值波长，并且生成至少包括第二峰值波长的可见白光发射；红外发射激光二极管，用于提供红外发射，红外发射激光二极管被配置为输出特征在于在电磁光谱的红外部分中的第三峰值波长的定向电磁辐射；封装构件，配置有基座构件；至少一个共同支撑构件，被配置为至少支撑激光二极管和第一波长转换器；以及光束成形器，被配置为引导可见白光发射和红外发射，以用于照射关注目标。

在另一实施例中，来自激光二极管的第一峰值波长在390nm至430nm 的紫色波长区域中；或者其中，激光二极管是含镓和氮的激光二极管并且第一峰值波长在430nm到480nm的绿色波长区域中。

在另一实施例中，第一波长转换器被配置为反射和/或散射来自红外发射激光二极管的红外发射；并且其中，红外发射和可见白光发射在同一空间领域内重叠。

在另一实施例中，至少具有第二峰值波长的可见白光发射耦合到光纤构件中，或者其中，至少具有第三峰值波长的红外发射耦合到光纤构件中，或者其中，至少具有第二峰值波长的可见白光发射和至少具有第三峰值波长的红外发射两者耦合到光纤构件中；其中，光纤构件是单模光纤(SMF) 或多模光纤(MMF)；并且其中，光纤构件具有范围从1μm至10μm、10μm 至50μm、50μm至150μm、150μm至500μm、500μm至1mm、1mm至5mm 或大于5mm中的至少一种的纤芯直径。

在一个实施例中，照明系统被配置用于一个或多个应用中，该应用包括便携式聚光照明、大型聚光照明、搜索照明、室外照明、室内照明、检测、成像、投影显示、空间动态照明装置、光检测和测距(LIDAR)、光保真技术(LiFi)、可见白光通信、普通照明、商业照明和显示、机动车辆照明、机动车辆通信和/或检测、国防和安全、搜索和救援、工业处理、互联网通信或农业或园艺。

在一实施例中，提供了一种移动机器，使用上述的照明系统，该移动机器是轿车、无人驾驶交通工具、飞机、船只、水下交通工具、越野交通工具以及卡车中的一种。

仅举例来说，本实用新型可以应用于诸如白光照明、白点照明、闪光灯、轿车头灯、全地形车辆照明、诸如自行车、冲浪、跑步、赛跑、划船等娱乐运动中使用的光源、用于无人驾驶飞机、飞机、机器人、其他移动或机器人应用的光源、安全、防御应用中的对抗措施、多色照明、平板照明、医学、计量学、光束投影仪和其他显示器、高强度灯、光谱学、娱乐，剧院、音乐和音乐会、分析欺诈检测和/或认证、工具、水处理、激光眩目器、瞄准、通信、LiFi、可见光通信(VLC)、传感、检测、距离检测、光检测和测距(LIDAR)、转换、运输、调平、固化和其他化学处理、加热、切割和/或烧蚀、泵浦其他光学装置、其他光电装置和相关应用以及光源照明等。根据本实用新型的集成光源可以包含到轿车头灯、普通照明光源、安全光源、搜索光源、防御光源中，作为光保真技术(LiFi)通信装置，用于园艺目的，以优化植物生长，或许多其他应用。本文描述的实施例可以用于许多移动机器，包括轿车、无人机、无人驾驶交通工具、飞机、船只、水下交通工具、越野交通工具或卡车等。

附图说明

以下附图仅为根据各种公开的实施例进行说明的示例，并非旨在限制本实用新型的范围。

图1是根据本实用新型的一个实施例的基于激光的白光源的功能框图，该白光源与包含UV或蓝光泵浦激光器、红色或近IR发射激光二极管、可见光发射磷光体构件和IR发射磷光体构件的IR照明源集成。

图2是根据本实用新型的一个实施例的在封闭式表面安装封装中以反射模式操作的具有IR照明能力的基于激光的白光源的侧视示意图。

图3是根据本实用新型的一个实施例的基于激光的白光源的功能框图，该白光源与包含UV或蓝光泵浦激光器、可见光波长转换元件、IR发射激光二极管和传感器构件的IR照明源集成，该白光源被配置用于基于传感器反馈进行照明激活。

图4的A至图4的C是示出根据本实用新型的一些实施例的包括蓝色激光二极管和IR激光二极管的激光二极管源的简化框图。

具体实施方式

本实用新型的一些实施例提供了一种系统或设备，其配置有与基于含镓和氮的激光二极管的白光源集成的红外照明源。仅举例来说，本实用新型提供了远程和集成的智能激光照明装置和方法，其配置有红外和可见光照明能力，用于聚光照明、检测、成像、投影显示、空间动态照明装置和方法、LIDAR、LiFi和可见光通信装置和方法以及上述在普通照明、商业照明和显示、机动车辆照明和通信、国防和安全、搜索和救援、工业处理、互联网通信、农业或园艺的应用中的各种组合。根据本实用新型的集成光源可以包含到机动车辆头灯、普通照明光源、安全光源、搜索光源、防御光源中，作为光保真技术(LiFi)通信装置，用于园艺目的，以优化植物生长，或许多其他应用。

本实用新型配置有基于激光的白光源和红外光源，能够发射可见光波段和红外波段的光，并且被配置为选择性地在一个波段或同时在两个波段操作。

本实用新型被配置用于可见光发射和IR光发射。虽然已清楚地理解可见光的必要性和实用性，但通常希望提供不可见的照明波段。在一个示例中，IR照明用于夜视。无论是在私营部门还是在市政或政府部门，夜视或IR检测装置在国防、安全、搜索和救援以及娱乐活动中都发挥着重要作用。通过提供在无环境光线或低环境光线条件下的视觉能力，夜视技术广泛应用于消费市场，用于多种应用，包括狩猎、游戏、驾驶、定位、检测、个人保护等。无论是通过生物手段还是技术手段，足够的光谱范围和足够的强度范围的组合使得能够进行夜视和IR检测。这种检测可以用于二维成像或三维距离测量(例如，测距)或三维成像，例如，LIDAR。

在各种实施例中，激光装置和磷光体装置共同封装或安装在共同支撑构件上，该共同支撑构件具有或不具有中间基座，磷光材料以透射模式、反射模式或侧面泵浦模式操作，以产生基于白光发射激光的光源。

磷光材料可以在透射模式、反射模式或透射模式和反射模式的组合或其他模式下操作。磷光材料的特征在于转换效率、抗热损伤性、抗光学损伤性、热猝灭特性、散射激发光的多孔性和导热性。在一个实施例中，磷光材料由掺杂Ce的发黄色光的YAG材料组成，其转换效率大于每光瓦 100流明、大于每光瓦200流明或大于每光瓦300流明，并且可以是多晶陶瓷材料或单晶材料。

本实用新型的一些实施例提供一种光源，该光源被配置用于发射基于激光的可见光，例如，白光和红外光，以形成能够提供可见光和IR照明的照明源。光源包括配置有光腔的含镓和氮的激光二极管激发源。光腔包括光波导区域和一个或多个刻面区域。光腔配置有电极，以向含镓和氮的材料提供第一驱动电流。第一驱动电流为在含镓和氮材料的光波导区域中传播的电磁辐射提供光学增益。通过一个或多个刻面区域中的至少一个输出电磁辐射，作为定向电磁辐射，该定向电磁辐射的特征在于在紫外、蓝、绿或红波长范围内的第一峰值波长。此外，光源包括波长转换器，例如，磷光体构件，其光学耦合到电磁辐射路径，以接收来自激发源的定向电磁辐射。波长转换器被配置为将定向电磁辐射的第一峰值波长的至少一部分至少转换成比第一峰值波长更长的第二峰值波长。在一个实施例中，输出由白色光谱组成，该白色光谱至少具有第二峰值波长和部分第一峰值波长，从而形成根据本实用新型的基于激光的可见光谱分量。在一个示例中，第一峰值波长是蓝色波长，第二峰值波长是黄色波长。光源可选地包括光束成形器，该光束成形器被配置为引导白色光谱，从而用于照明关注目标或区域。

在本实用新型的一个实施例中，包括具有第三峰值波长的激光二极管或发光二极管，以形成双波段发射光源的IR发射组件。IR激光二极管包含配置有电极的光腔，以向IR激光二极管提供经配置的第二驱动电流。第二驱动电流为在IR激光二极管材料的光波导区域中传播的电磁辐射提供光学增益。通过一个或多个刻面区域中的至少一个输出电磁辐射，作为特征在于IR范围内的第三峰值波长的定向电磁辐射。在一种配置中，定向IR发射光学耦合到波长转换器构件，使得波长转换器构件在IR发射的光学路径内，以接收来自激发源的定向电磁辐射。一旦入射到波长转换器构件上，具有第三峰值波长的IR发射将至少部分地从波长转换器构件反射，并被重定向到与具有第一和第二峰值波长的白光发射相同的光学路径中。引导IR发射通过可选的光束成形器，该光束成形器被配置为引导输出IR光，以用于照明与可见光大致相同的关注目标或区域。在该实施例中，可以独立地激活第一和第二驱动电流，使得该设备可以提供仅激活第一驱动电流的可见光源、激活第二驱动电流的IR光源，或者可以同时提供可见和IR光源。在一些应用中，希望仅使用IR照明源进行IR检测。一旦检测到物体，可以激活可见光源。

根据一个实施例，提供了一种基于激光的白光源，其包含含镓和氮的紫色或蓝色泵浦激光器和波长转换元件，以生成白光发射，并且根据一个实施例，提供了一种用于生成IR发射的IR发射激光二极管。可以提供发射中心点波长在390和480nm之间的光谱的紫色或蓝色激光装置。来自紫色或蓝色激光装置的光入射到波长转换元件上，该波长转换元件将蓝光部分或全部转换成更宽光谱的更长波长的光，从而产生白光光谱。在一些实施例中，含镓和氮的激光二极管在480nm至540nm范围内操作。在一些实施例中，可以提供一个或多个光束成形光学元件，以便成形或聚焦白光光谱。此外，还包括IR发射激光装置，以生成IR照明。来自激光二极管的定向IR电磁辐射入射到波长转换元件上，其中，该辐射从波长转换元件反射或透射通过波长转换元件，使得该辐射遵循与白光发射相同的光学路径。对于近IR照明，IR发射可以包括基于镓和砷材料系统(例如，GaAs) 的700nm至1100nm范围内的峰值波长，或者对于眼睛安全波长IR照明，包括基于含铟和磷的材料系统(例如，InP)的1100至2500nm范围内的峰值波长，或者对于中IR热成像，包括基于量子级联激光技术的2500nm 至15000nm波长范围内的峰值波长。可选地，一个或多个光束成形光学元件可以是选自慢轴准直透镜、快轴准直透镜、非球面透镜、球形透镜、全内反射器(TIR)光学器件、抛物面透镜光学器件、折射光学器件或上述的组合的光学元件。在其他实施例中，一个或多个光束成形光学元件可以设置在激光入射到波长转换元件之前。

在一些实施例中，IR发射入射到磷光体上与蓝色激光二极管基本相同的点，使得生成的白光发射和经散射/反射的IR发射在空间上基本重叠。在图4的A至图4的C中示出了示例光源，其中，组合的白光和IR发射可以从蓝色激光二极管和IR激光二极管发射(图4的A)，白光可以从蓝色激光二极管发射(图4的B)，或者IR发射可以从IR激光二极管发射 (图4的C)。

在一些实施例中，来自光源的可见光和/或IR发射耦合到光波导中，例如，光纤，该光纤可以是玻璃光纤或塑料光纤。任意长度的光纤(包括单模光纤(SMF)或多模光纤(MMF))的纤芯直径范围从约1μm到10μm、大约10μm到50μm、大约50μm到150μm、大约150μm到500μm、大约 500μm到1mm、大约1mm到5mm或大于5mm。光纤与准直光学元件对准，以接收准直的白光和/或IR发射。

在包括直接激光二极管红外照明源的本实施例的额外配置中，IR照明直接光学耦合至光束成形元件，而不是与将经反射和/或透射的IR照明的波长转换器构件交互。

根据本实用新型的IR激光器可以被配置为发射波长在700nm和2.5 微米之间的光。IR激光二极管可用于提供IR照明功能或LiFi/VLC通信功能或这两种功能的组合。例如，可以包括基于GaAs在700nm到1100nm 范围内发射的激光二极管，该激光二极管用于NIR夜视照明、测距和 LIDAR感测以及通信。在另一示例中，可以包括基于用于眼睛安全波长的IR照明、测距、LIDAR感测和通信的InP在1100到2500nm范围内操作的激光二极管。在又一示例中，可以包括基于用于中IR热成像、感测和通信的量子级联激光技术在2500nm至15000nm波长范围内操作的激光二极管。例如，GaInAs/AlInAs量子级联激光器在室温下在3μm到8μm的波长范围内操作。根据本实用新型的IR激光二极管装置可以使用InGaAsP 材料系统形成在InP衬底上，或者使用InAlGaAsP形成在GaAs衬底上。可以包括量子级联激光器，以用于IR发射。在一个实施例中，可以使用根据本实用新型的外延转移技术在与可见紫色或蓝色GaN激光二极管源相同的载体晶片上形成一个或多个IR激光装置。

扩展可用波长范围用于基于激光的照明，可以使用IR下转换磷光体生成NIR(0.7-1.4um)和中IR(1.4-3.0um)光谱的发射、或超过3.0um 的更深IR的发射。根据应用要求，这可为纯IR发射，或可见光和红外发射的组合。存在大量潜在的IR磷光体，但是其适用性取决于应用波长以及磷光体将可见光转换成IR光的固有性质。

图1是根据本实用新型的实施例的基于激光的白光源的功能框图，该白光源包含含镓和氮的紫色或蓝色泵浦激光器、和生成白光发射的波长转换元件、以及生成IR发射的红外发射波长转换元件。参考图1，提供了由含镓和氮的材料形成的蓝色或紫色激光装置，其发射中心点波长在390和 480nm之间的光谱。在一些实施例中，含镓和氮的激光二极管在480nm至 540nm范围内操作。在一些实施例中，激光二极管由发射波长在约270nm 至约390nm的紫外区域内的第III族氮化物材料构成。来自紫色或蓝色激光装置的光入射到波长转换元件上，该波长转换元件将蓝光部分或全部转换成更宽光谱的更长波长的光，从而产生白光光谱。提供给含镓和氮的激光装置供电的激光驱动器。来自蓝色激光装置的光入射到波长转换元件上，该波长转换元件将蓝光部分或全部转换成更宽光谱的更长波长的光，从而产生白光光谱。在一些实施例中，可以提供一个或多个光束成形光学元件，以便成形或聚焦白光光谱。此外，还包括峰值发射波长在650nm至 2000nm或更大范围内的IR发射波长转换器构件。包括第二激光装置，以激发IR波长转换器并且生成IR照明发射。包括激光驱动器，用于为IR 发射激光二极管供电。在一些实施例中，包括光束成形器元件，用于收集和引导IR照明发射。在一个实施例中，IR照明和白光照明发射共享至少一个共同光束成形元件，使得可见光和IR光的照明领域可以近似重叠。

在具体实施例中，泵浦激光器照射的区域部分重叠。在具体实施例中，泵浦激光器的子集照射波长转换元件的第一表面的完全重叠区域，而一个或多个其他泵浦激光器被配置为照射波长转换元件的第一表面的非重叠或部分重叠区域。

在一个实施例中，使用光纤作为波导元件，其中，在光纤的一端，来自一个或多个激光二极管的电磁辐射耦合入光纤，在光纤的另一端，电磁辐射耦合出光纤，然后入射到磷光体构件上。光纤可以由诸如二氧化硅等玻璃材料、聚合物材料或其它材料组成，并且可以具有从100μm到大约 100m或更长的长度。

在另一实施例中，激光装置与波长转换元件共同封装在同一衬底上。可以提供成形构件，将激光装置或波长转换元件与共同衬底分开，使得泵浦光以不平行于波长覆盖构件的表面法线的某个角度入射到波长转换元件上。透射模式配置是可能的，其中，激光入射在波长转换元件的不面向封装孔的一侧。该封装还可以包含其他光学、机械和电子元件。

图2是根据本实用新型的实施例的在封闭的表面安装封装中以反射模式操作的具有IR照明能力的基于激光器的白光源的侧视示意图。如所示出的，表面安装装置封装包括被配置为支撑构件的封装基座构件。磷光板覆盖在支撑构件上，并且被配置在来自一个或多个激光二极管构件的光发射的光学路径中。一个或多个激光二极管构件被配置在不平行于安装荧光板的安装表面的升高的安装表面上。结果是激光器激发光束在荧光板上的入射角。磷光板被配置为反射模式，其中，该板在顶部激发表面上接收来自激光二极管构件的发射，并从同一顶部表面发射可见光和IR光。包括透明窗构件，以在基于激光的可见光和IR发射源周围提供密封。

在一些实施例中，配置有IR照明源的基于激光的白光源配置有IR传感器或IR成像系统。本实用新型的IR照明源可用于将IR电磁辐射导向目标领域或主体，并且IR传感器或成像系统可用于检测照明区域内的目标物质或物体的存在、移动或其他特征。一旦IR传感器检测到某种特征，就会触发响应。在一个示例中，触发激活基于可见激光的白光，以用可见白光照射目标物质。在根据本实用新型的一些实施例中，包括红外跟踪(也被称为红外寻的)，其中，从目标发射的红外电磁辐射用于跟踪物体运动。诸如人、车辆和飞机的热体会强烈辐射红外线。

根据一个实施例，一种动态的基于激光的光源或光投影设备包括微显示元件，提供动态光束控制、光束图案化或光束像素化效果。可以包括微型显示器，例如，微机电系统(MEMS)扫描镜或“飞行镜”、数字光处理(DLP)芯片或数字反射镜装置(DMD)或硅上液晶(LCOS)，以动态修改发射光的空间图案和/或颜色。在一个实施例中，光像素化，以激活某些像素，而不激活其他像素，以形成白光的空间图案或图像。在另一示例中，动态光源被配置用于控制或引导光束。控制或引导可以通过由拨号盘、开关或操纵杆机构配置的用户输入来完成，或者可以由包括传感器的反馈回路来引导。

在包括能够在可见光和IR波段内发射的双波段光源的本实用新型的特定实施例中，来自光源的一个或多个发射波段由包括传感器的反馈回路激活，以产生能够交替激活照明波段的动态照明源。这种传感器可以选自但不限于包括IR相机或焦平面阵列的IR成像单元、麦克风、地震检波器、水听器、化学传感器(例如，氢传感器)、CO₂传感器或电子鼻传感器、流量传感器、水表、煤气表、盖革计数器、高度计、空速传感器、速度传感器、测距仪、压电传感器、陀螺仪、惯性传感器、加速度计、MEMS传感器、霍尔效应传感器、金属检测器、电压检测器、光电传感器、光电检测器、光敏电阻、压力传感器、应变仪、热敏电阻、热电偶、高温计、温度计、运动检测器、无源红外传感器、多普勒传感器、生物传感器、电容传感器、视频传感器、换能器、图像感器、红外传感器、雷达、SONAR、 LIDAR等。

在一个示例中，动态照明特征包括具有IR传感器的反馈回路，以检测运动或物体。动态光源被配置为通过感测运动的空间位置并将输出光束引导到该位置，来在检测到运动的物体或位置上生成可见照明。在包括具有传感器的反馈回路的动态照明特征的另一示例中，包括例如加速度计。加速度计被配置为预测激光光源设备正朝着哪里移动，并且甚至在设备的用户能够移动光源，以指向期望位置之前，将输出光束引导到该位置。当然，这些仅仅是具有包括传感器的反馈回路的动态光源的实施例。本实用新型概念可以有许多其他实施例，包括将动态光源与传感器相结合。

图3是根据本实用新型的一个实施例的基于激光的白光源的功能框图，该白光源包含含镓和氮的紫色或蓝色泵浦激光器和用于生成白光发射的波长转换元件、用于生成IR发射的红外发射激光二极管，该白光源配置有传感器，以形成反馈回路。该图仅仅是一个示例，不应该不适当地限制权利要求的范围。参考图3，提供了发射中心点波长在390和480nm之间的光谱的蓝色或紫色激光装置。来自蓝色激光装置的光入射到波长转换元件上，该波长转换元件将蓝光部分或全部转换成更宽光谱的更长波长的光，从而产生白光光谱。提供第一激光驱动器，其为含镓和氮的激光装置供电，以激发可见光发射波长构件。此外，还包括IR发射激光装置，以生成IR照明。来自激光二极管的定向IR电磁辐射入射到波长转换元件上，其中，该电磁辐射从波长转换元件反射或透射通过波长转换元件，使得该电磁辐射遵循与白光发射相同的光学路径。包括第二激光驱动器，以便为 IR发射激光二极管供电，并以足够高的电压输送受控量的电流，来操作 IR激光二极管。

根据本实用新型并在图3中示出的可见光和IR发射照明源配备有传感器，该传感器被配置为向第一和/或第二激光驱动器提供输入。在一个示例中，第一激光驱动器配置有IR传感器，该IR传感器使用IR照明源检测运动或物体。一旦使用IR照明源触发检测，第一激光驱动器激活第一激光二极管，以生成白光，从而将可见光照射在物体或目标上。有许多示例，其中，使用IR照明来秘密地检测物体是有用的，使得该物体不能被动物或人检测到。

在根据本实用新型的一个实施例中，使用含镓和氮的激光二极管和/ 或包含的IR发射激光二极管的空间感测系统配置有基于激光的可见和IR 照明源。在一个示例中，空间感测能力可以被配置为使用飞行时间计算的深度检测器。

在一些实施例中，本实用新型提供了在机动车辆上使用的白光和/或 IR光源，用于该车辆的外部或内部环境照明。示例性的用途是作为停车灯、头灯、雾灯、信号灯或聚光灯。

在一个实施例中，该设备连接到无线电控制的或自主的无人驾驶飞机上。无人驾驶飞机可以是无人机，即小型交通工具，例如，微型直升机、四旋翼直升机或其他多旋翼或单旋翼垂直起飞和着陆飞行器、飞机等，这些无人机不被构造成运载飞行员或其他人。无人驾驶飞机可能是改装有无线电控制或自动驾驶系统的全尺寸飞机。无人驾驶飞机可以是由浮力提供升力的飞行器，例如，软式飞艇、飞船、氦气球和氢气球等。

在一些实施例中，该设备用于增强现实应用。一个这样的应用是用作能够提供动态光源的光源，该动态光源可以与增强现实眼镜或耳机交互，以提供关于用户环境的更多信息。例如，该设备能够经由可见光通信(LiFi) 与增强现实耳机通信，并且能够快速扫描光点或将光图案投射到房间中的物体上。这种动态调整的图案或光斑将被调整得太快，以至于人眼不能感知为独立的光斑。增强现实耳机将包含相机，这些相机在光图案投射到物体上时对光图案进行成像，并推断出关于房间中物体的形状和位置的信息。然后，增强现实系统将能够从系统显示器提供图像，这些图像被设计成更好地与房间中的物体集成，从而为用户提供更身临其境的体验。

在一个实施例中，动态白光源可用于为机动车辆提供动态头灯。投射光束的形状、强度和色点根据来自车辆中各种传感器的输入进行修改。

可选地，含镓和氮的材料包括GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN、InAlN、 InAlGaN中的一种或多种。

可选地，光束成形光学元件包括一个或多个光学元件的组合，这些光学元件选自慢轴准直透镜、快轴准直透镜、非球面透镜、球形透镜、全内反射器(TIR)光学器件、抛物面透镜光学器件、折射光学器件和微机电系统(MEMS)反射镜的列表，这些光学元件被配置为引导、准直、聚焦具有修改的角度分布的输出光束。

可选地，光束控制光学元件选自微机电系统(MEMS)反射镜、数字光处理(DLP)芯片、数字反射镜装置(DMD)和硅上液晶(LCOS)芯片中的一种。

Claims (31)

1.一种移动机器，其特征在于，包括：

白光系统，包括：

含镓和氮的激光二极管，具有脊形波导，在所述脊形波导的端部上具有刻面区域；

所述含镓和氮的激光二极管被配置为通过一个所述刻面区域输出定向电磁辐射；

来自所述含镓和氮的激光二极管的所述定向电磁辐射的特征在于第一峰值波长；

第一波长转换器，设置在来自所述含镓和氮的激光二极管的所述定向电磁辐射的路径中，其中，所述第一波长转换器被配置为将所述定向电磁辐射的所述第一峰值波长的至少一部分至少转换成比所述第一峰值波长更长的第二峰值波长，并且生成至少包括所述第二峰值波长的白光发射；以及

红外IR系统，包括：

红外发射激光二极管，被配置为输出红外发射，所述红外发射激光二极管被配置为输出特征在于在电磁辐射光谱的红外区域中的第三峰值波长的定向电磁辐射。

2.根据权利要求1所述的移动机器，其特征在于，所述含镓和氮的激光二极管和/或所述红外发射激光二极管被配置为与飞行时间感测、光检测和测距LIDAR感测一起使用。

3.根据权利要求1所述的移动机器，其特征在于，所述含镓和氮的激光二极管和/或所述红外发射激光二极管被配置为与光保真技术LiFi系统中的数据的通信或传输一起使用。

4.根据权利要求1所述的移动机器，其特征在于，所述IR系统被配置用于夜视或IR照明应用，并且被配置为独立于所述含镓和氮的激光二极管操作。

5.根据权利要求1所述的移动机器，其特征在于，所述移动机器是轿车、无人机、无人驾驶交通工具、飞机、船只、水下交通工具、越野交通工具以及卡车中的一种。

6.一种移动机器，具有照明系统，其特征在于，所述照明系统包括：

光源，包括：

激光二极管，被配置作为第一泵浦光装置，所述激光二极管具有光腔，所述光腔具有光波导区域和一个或多个刻面区域，所述激光二极管被配置为通过至少一个所述刻面区域输出定向电磁辐射，来自所述激光二极管的所述定向电磁辐射的特征在于第一峰值波长；

第一波长转换器，光学耦合到路径，以接收来自所述第一泵浦光装置的所述定向电磁辐射，其中，所述第一波长转换器被配置为将所述定向电磁辐射的所述第一峰值波长的至少一部分至少转换成比所述第一峰值波长更长的第二峰值波长，并且生成至少包括所述第二峰值波长的可见白光发射；以及

红外发射激光二极管，被配置为提供红外发射，所述红外发射激光二极管被配置为输出特征在于在电磁光谱的红外部分中的第三峰值波长的定向电磁辐射。

7.根据权利要求6所述的移动机器，其特征在于，来自所述第一泵浦光装置的所述第一峰值波长在390nm至430nm的紫色波长区域中；或者其中，所述激光二极管是含镓和氮的激光二极管，所述镓和氮的激光二极管被配置为发射430nm至480nm的蓝色波长区域中的所述第一峰值波长。

8.根据权利要求6所述的移动机器，其特征在于，所述第一波长转换器光学耦合到来自所述红外发射激光二极管的所述定向电磁辐射，其中，所述第一波长转换器被配置为反射和/或散射所述红外发射；并且其中，所述红外发射和所述可见白光发射在同一空间领域内重叠。

9.根据权利要求6所述的移动机器，其特征在于，所述第一波长转换器被配置为透射和/或散射来自所述红外发射激光二极管的所述红外发射；并且其中，所述红外发射和所述可见白光发射在同一空间领域内重叠。

10.根据权利要求6所述的移动机器，其特征在于，所述第一波长转换器由磷光材料组成；并且其中，所述磷光材料包括掺杂Ce的陶瓷钇铝石榴石YAG、或者掺杂Ce的单晶YAG或者包括粘合剂材料的粉末状YAG；并且其中，所述磷光材料具有至少每光瓦50流明的光转换效率。

11.根据权利要求6所述的移动机器，其特征在于，所述红外发射激光二极管被配置为发射波长范围为700nm至1100nm、波长范围为1100nm至2500nm或波长范围为2500nm至15000nm的第三峰值波长。

12.根据权利要求6所述的移动机器，其特征在于，所述红外发射激光二极管基于包括GaAs、InP、InGaAs、InAs、InAlAs、AlGaAs、AlInGaP、InGaAsP或InGaAsSb的材料系统。

13.根据权利要求6所述的移动机器，其特征在于，还包括光束成形器，所述光束成形器具有一个或多个光学元件，所述光学元件选自慢轴准直透镜、快轴准直透镜、非球面透镜、球形透镜、全内反射器TIR光学器件、抛物面透镜光学器件、折射光学器件和微机电系统MEMS反射镜的列表，所述光学元件被配置为引导、准直、聚焦可见白光发射以至少修改所述可见白光发射的角度分布。

14.根据权利要求6所述的移动机器，其特征在于，至少具有所述第二峰值波长的所述可见白光发射耦合到光纤构件中，或者其中，具有所述第三峰值波长的所述红外发射耦合到光纤构件中，或者其中，至少具有所述第二峰值波长的所述可见白光发射和具有所述第三峰值波长的所述红外发射两者耦合到光纤构件中；其中，所述光纤构件是单模光纤SMF或多模光纤MMF；并且其中，所述光纤构件具有范围从1μm到10μm、10μm到50μm、50μm到150μm、150μm到500μm、500μm到1mm、1mm到5mm或大于5mm的纤芯直径。

15.根据权利要求6所述的移动机器，其特征在于，所述红外发射激光二极管被配置用于夜视或IR照明应用，并且被配置为独立于所述激光二极管操作。

16.根据权利要求6所述的移动机器，其特征在于，所述激光二极管和/或所述红外发射激光二极管被配置为与飞行时间感测、光检测和测距LIDAR感测或其他感测应用一起使用。

17.根据权利要求6所述的移动机器，其特征在于，所述激光二极管和/或所述红外发射激光二极管被配置为与光保真技术LiFi系统中的数据的通信或传输一起使用。

18.根据权利要求6所述的移动机器，其特征在于，所述移动机器是轿车、无人驾驶交通工具、飞机、船只、水下交通工具、越野交通工具以及卡车中的一种。

19.一种机动车辆，其特征在于，所述机动车辆具有外部照明系统和内部照明系统中的至少一个，所述机动车辆包括根据权利要求6所述的移动机器。

20.一种照明系统，其特征在于，包括：

光源，包括：

激光二极管，被配置作为第一泵浦光装置，所述激光二极管具有光腔，所述光腔具有光波导区域和一个或多个刻面区域，所述激光二极管被配置为通过至少一个所述刻面区域输出第一定向电磁辐射，来自所述激光二极管的所述第一定向电磁辐射的特征在于第一峰值波长；

第一波长转换器，光学耦合到第一路径，以接收来自所述第一泵浦光装置的所述第一定向电磁辐射，其中，所述第一波长转换器被配置为将所述第一定向电磁辐射的所述第一峰值波长的至少一部分至少转换成比所述第一峰值波长更长的第二峰值波长，并且生成至少包括所述第二峰值波长的可见白光发射；

红外发射激光二极管，用于提供红外发射，所述红外发射激光二极管被配置为输出特征在于在电磁光谱的红外部分中的第三峰值波长的定向电磁辐射；

封装构件，配置有基座构件；

至少一个共同支撑构件，被配置为至少支撑所述激光二极管和所述第一波长转换器；以及

光束成形器，被配置为引导所述可见白光发射和所述红外发射，以用于照射关注目标。

21.根据权利要求20所述的照明系统，其特征在于，来自所述激光二极管的所述第一峰值波长在390nm至430nm的紫色波长区域中；或者其中，所述激光二极管是含镓和氮的激光二极管并且所述第一峰值波长在430nm到480nm的绿色波长区域中。

22.根据权利要求20所述的照明系统，其特征在于，所述第一波长转换器被配置为反射和/或散射来自所述红外发射激光二极管的所述红外发射；并且其中，所述红外发射和所述可见白光发射在同一空间领域内重叠。

23.根据权利要求20所述的照明系统，其特征在于，至少具有所述第二峰值波长的所述可见白光发射耦合到光纤构件中，或者其中，至少具有所述第三峰值波长的所述红外发射耦合到光纤构件中，或者其中，至少具有所述第二峰值波长的所述可见白光发射和至少具有所述第三峰值波长的所述红外发射两者耦合到光纤构件中；其中，所述光纤构件是单模光纤SMF或多模光纤MMF；并且其中，所述光纤构件具有范围从1μm至10μm、10μm至50μm、50μm至150μm、150μm至500μm、500μm至1mm、1mm至5mm或大于5mm中的至少一种的纤芯直径。

24.根据权利要求20所述的照明系统，其特征在于，所述照明系统被配置用于一个或多个应用中，所述应用包括便携式聚光照明、大型聚光照明、搜索照明、室外照明、室内照明、检测、成像、投影显示、空间动态照明装置、光检测和测距LIDAR、光保真技术LiFi、可见白光通信、普通照明、商业照明和显示、机动车辆照明、机动车辆通信和/或检测、国防和安全、搜索和救援、工业处理、互联网通信或农业或园艺。

25.根据权利要求20所述的照明系统，其特征在于，所述红外发射激光二极管被配置用于夜视或IR照明应用，并且被配置为独立于所述激光二极管操作。

26.根据权利要求20所述的照明系统，其特征在于，所述激光二极管和/或所述红外发射激光二极管被配置为与飞行时间感测、光检测和测距LIDAR感测或其他感测应用一起使用。

27.根据权利要求20所述的照明系统，其特征在于，所述激光二极管和/或所述红外发射激光二极管被配置为与光保真技术LiFi系统中的数据的通信或传输一起使用。

28.根据权利要求20所述的照明系统，其特征在于，所述第一波长转换器由磷光材料组成；并且其中，所述磷光材料包括掺杂Ce的陶瓷钇铝石榴石YAG、或者掺杂Ce的单晶YAG或者包括粘合剂材料的粉末状YAG；并且其中，所述磷光材料具有至少每光瓦50流明的光转换效率。

29.根据权利要求20所述的照明系统，其特征在于，所述红外发射激光二极管被配置为发射波长范围为700nm至1100nm、波长范围为1100nm至2500nm或波长范围为2500nm至15000nm的第三峰值波长。

30.根据权利要求20所述的照明系统，其特征在于，所述红外发射激光二极管基于包括GaAs、InP、InGaAs、InAs、InAlAs、AlGaAs、AlInGaP、InGaAsP或InGaAsSb的材料系统。

31.一种移动机器，使用根据权利要求20所述的照明系统，其特征在于，所述移动机器是轿车、无人驾驶交通工具、飞机、船只、水下交通工具、越野交通工具以及卡车中的一种。

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