TWI577487B - Laser lighting device - Google Patents

Description

雷射照明裝置

本發明是有關於一種照明裝置，特別是指一種雷射照明裝置。

參閱圖1，一種現有的雷射照明結構1，包括一反射罩11、一波長轉換體12，及一雷射構件13。該反射罩11是一拋物面鏡(parabolic mirror)，且沿其一中心軸線X形成有一焦點F，及一遠離該焦點F的出光開口10，並包括一垂直該中心軸線X且跨越該焦點F的載體部111、一自該載體部111之一周緣朝該出光開口10方向延伸以圍繞該中心軸線X的弧形本體部112，及一沿該中心軸線X貫穿該載體部111的穿孔110。該波長轉換體12設置於該反射罩11的載體部111上，以填滿該穿孔110。該雷射構件13沿該中心軸線X設置於該反射罩11外。當該雷射構件13所產生的一雷射光束λ₁₁照射至該波長轉換體12時，該波長轉換體12會產生一放射光(emission light)λ₁₂。

由於該波長轉換體12是直接設置於該反射罩11上且位於該焦點F處。因此，該波長轉換體12受激發所產生的放射光λ₁₂並無法全部被該反射罩11反射以朝該出 光開口10行進。也就是說，該放射光λ₁₂尚有該剩餘光源會直接朝遠離該反射罩11方向行進而無法被有效利用。

因此，改良現有的雷射照明結構，使該波長轉換體12所產生的放射光λ₁₂能有效地被反射利用，是此技術領域的相關技術人員所待突破的課題。

因此，本發明之目的，即在提供一種雷射照明裝置。

於是本發明雷射照明裝置包含一雷射單元、一反射罩，及一波長轉換體。

該雷射單元適於發射一雷射光束。

定義一穿過該反射罩的焦點的中心軸線，該反射罩包括一第一反射罩部、一間隔件，及一第二反射罩部。該第一反射罩部具有一與該焦點相間隔地位於該中心軸線的頂點，及一鄰近該中心軸線第一反射面。該間隔件設置於第一反射罩部上。該第二反射罩部設置於該間隔件上且對應該第一反射罩部延伸並圍繞該中心軸線，該第二反射罩部具有一遠離該間隔件的出光開口，及一鄰近該中心軸線的第二反射面。該波長轉換體設置於該間隔件上且至少一部分通過該焦點，並於接收該雷射光束後可發出一放射光，該放射光於接觸該第一、二反射面後會反射自該出光開口發出。

此外，本發明亦提供另一種雷射照明裝置，包含一雷射單元、一反射罩、一支撐件，及一波長轉換體。

該雷射單元適於發射一雷射光束。

定義一穿過該反射罩的焦點的中心軸線，該反射罩包括一與該焦點相間隔地位於該中心軸線的頂點、一遠離該頂點的出光開口、一鄰近該中心軸線的反射面，及至少一貫穿該反射罩的穿孔。該支撐件設置於該反射面上。該波長轉換體設置於該支撐件上且至少一部分位於該焦點，並於透過該穿孔接收該雷射光束後可發出一放射光，該放射光於接觸該反射面後會反射自該出光開口發出。

本發明之功效在於：藉由該反射罩與該波長轉換體相配合，使位於該反射罩焦點的波長轉換體產生的放射光可藉由該反射罩完全地將該放射光反射至該出光開口，從而能有效地反射波長轉換體所產生的放射光。

2‧‧‧反射罩

201‧‧‧穿孔

202‧‧‧出光開口

21‧‧‧第一反射罩部

211‧‧‧第一反射面

22‧‧‧第二反射罩部

221‧‧‧第二反射面

23‧‧‧間隔件

24‧‧‧反射面

3‧‧‧波長轉換體

4‧‧‧雷射單元

5‧‧‧光學結構

6‧‧‧支撐件

F‧‧‧焦點

P‧‧‧頂點

X‧‧‧中心軸線

λ₂₁‧‧‧雷射光束

λ₂₂‧‧‧放射光

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一局部剖視示意圖，說明一種現有的雷射照明結構；圖2是一局部剖視示意圖，說明本發明雷射照明裝置之一第一實施例；圖3是一局部剖視示意圖，說明本發明雷射照明裝置之一第二實施例；圖4是一局部剖視示意圖，說明本發明雷射照明裝置的一第三實施例；及圖5是一局部剖視示意圖，說明本發明雷射照明裝置 之一第四實施例。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2，本發明雷射照明裝置之第一實施例，該第一實施例包含一雷射單元4、一反射罩2，及一波長轉換體3。

該雷射單元4適於發射一雷射光束λ₂₁。定義一穿過該反射罩2的焦點F的中心軸線X。該反射罩2包括一第一反射罩部21、一間隔件23，及一第二反射罩部22。該第一反射罩部21具有一位於該中心軸線X且與該焦點F相間隔的頂點P，及一鄰近該中心軸線X的第一反射面211。該間隔件23設置於該第一反射罩部21上，較佳地，該間隔件23通過該焦點F。該第二反射罩部22設置於該間隔件23上且對應該第一反射罩部21延伸並圍繞該中心軸線X，該第二反射罩部22具有一遠離該間隔件23的出光開口202，及一鄰近該中心軸線X的第二反射面221。

該波長轉換體3設置於該間隔件23上且至少一部分位於該焦點F，並於接收該雷射光束λ₂₁後可發出一放射光λ₂₂，該放射光λ₂₂於接觸該第一反射面211與該第二反射面221後會反射自該出光開口202發出。

詳細的說，該波長轉換體3為選自可受雷射波長轉換並產生該放射光λ₂₂的螢光材料即可，例如單晶螢光體、多晶螢光體、玻璃螢光體和螢光膠體等螢光材料，但不限於 此。該間隔件23可為一透光的基板，例如為一玻璃基板。該波長轉換體3可視其材料本身的狀態，而以塗佈或黏著等方式設置於該間隔件23的該其中一平面上，或是，可以是在整體製造過程中，將構成該波長轉換體3的材料(如，螢光粉)摻入到該間隔件23(如，玻璃熔體)內，以使該波長轉換體3如該圖2所示是嵌入至該間隔件23內，由於此一製程技術並非本發明之技術特徵，於此不再多加贅述。

透過設置於第一反射罩部21與第二反射罩部22之間的該間隔件23，使至少一部分位於該焦點F的該波長轉換體3在於接收該雷射光束λ₂₁後發出該放射光λ₂₂可完全被反射而向該出光開口202發出，以提高出光效率。較佳的，該間隔件23的厚度小於或等於1mm，避免該波長轉換體3所產生的放射光λ₂₂因行進經具有厚度的該間隔件23時，而產生折射(refraction)以造成焦點偏移(focus shift)的問題，並有利光學上的後續設計。

要再說明的是，該放射光λ₂₂自該出光開口202發出的光形，可依據該第一、二反射面211、221的形狀而有所不同，當該第一、二反射面211、221實質為共同構成一呈橢圓形狀的反射面時，該放射光λ₂₂自該出光開口202發出的光形會以聚焦光的方式對外發出；而當該第一、二反射面211、221實質為共同構成一呈拋物面形狀的反射面時，該放射光λ₂₂自該出光開口202發出的光形則會以平行光束的方式對外發出。本第一實施例中，是以該第一、二反射面211、221實質為共同構成一呈拋物面形狀的反射面 為例做說明，但不限於此。

於本第一實施例中，該雷射單元4與該間隔件23位於同一平面上，且與該波長轉換體3間隔地設置。具體地說，當實際運用本發明的雷射照明裝置時，該雷射單元4所發出的雷射光束λ₂₁可沿該透明的間隔件23行進，並入射至該波長轉換體3後產生該放射光λ₂₂，該放射光λ₂₂可由該焦點F行進至該第一反射面211與該第二反射面221，再經由該第一反射面211與該第二反射面221反射，且平行該中心軸線X地朝該出光開口202行進。

參閱圖3，本發明雷射照明裝置之第二實施例的結構及相關材料選擇與該第一實施例大致相同，因此不再多加說明，該第二實施例與該第一實施例的不同處在於，該反射罩2還具有至少一貫穿該第一反射罩部21的穿孔201，於本實施例中，該穿孔201可為一位於該頂點P且貫穿該頂點P的穿孔201。詳細的說，該雷射單元4所發出的雷射光束λ₂₁可沿該穿孔201行進，並入射至該波長轉換體3後產生該放射光λ₂₂。由於雷射單元4具有較佳的準直性，因此該穿孔201的孔徑可以小於等於1mm，以避免漏光的情況。此處，該間隔件23是選自導熱係數(heat transfer cofficient)高於該波長轉換體3的導熱係數的材料所構成。較佳地，該間隔件23是選自金屬、合金、陶瓷等高導熱材料所構成，讓於波長轉換過程中產生的熱能能夠經由該間隔件23而快速散熱。

特別的是，本實施例的雷射照明裝置還包括一 設置於該間隔件23的表面的光學結構5。其中，該光學結構5可對應該波長轉換體3設置且位於該間隔件23的兩相反表面。具體地說，該光學結構5是對應該波長轉換體3設置於該間隔件23上，也就是說，該光學結構5於該間隔件23上的投影可重疊於該波長轉換體3於該間隔件23上的投影。藉由該光學結構5的設置，可修正雷射光束λ₂₁與放射光λ₂₂的入光與出光角度，避免該波長轉換體3所產生的放射光λ₂₂因行進經具有厚度的間隔件23時，產生折射而造成焦點偏移的問題。該光學結構5亦可只設置於一表面，此處，該光學結構5是設置於該間隔件23面向該出光開口202的表面，亦即設置於與該波長轉換體3位於相反的表面，且對應該波長轉換體3位置設置的透鏡。由於該波長轉換體3的構成材料與該第一實施例相同，故不再多加贅述。

該雷射單元4的雷射光束λ₂₁由該第一反射罩部21的穿孔201入射至該間隔件23上的該波長轉換體3以產生該放射光λ₂₂。該放射光λ₂₂自該焦點F行進至該第一反射面211與該第二反射面221，再經由該第一反射面211與該第二反射面221反射以朝該出光開口202行進。

要說明的是，本發明該第二實施例中，是以該反射罩2之穿孔201的數量為一個且位在該頂點P處，且該雷射單元4的數量為一個做說明，但並不限於此。或可增設該穿孔201的數量，使該等穿孔201視需求地位於該頂點P及該第一反射罩部21的任一處，此時該雷射單元4 對應該等穿孔201設置，只要使該雷射光束λ₂₁能經由該等穿孔201入射至該波長轉換體3而產生該放射光λ₂₂即可。

值得一提的是，於該第一、二實施例中，該第一、二反射罩部21、22，與該間隔件23的連接方式，是可於其兩兩相連接的界面處以螺栓相互固接，或可簡單地使用黏膠相互黏接，也可視情況的使用其他方式將三者連接在一起，其連接方式並無特別限定，只需於連接完成後，令該第一反射面211及該第二反射面221彼此實質為一連續面即可。

參閱圖4，本發明雷射照明裝置之第三實施例，大致是相同於該第二實施例，其不同之處在於，該光學結構5是如圖4所示，為直接形成於該間隔件23表面的微結構圖案。要說明的是，該微結構圖案除了可以是經由直接粗化該間隔件23的表面而得之外，也可以是以印刷或貼覆的方式形成，且該光學結構5的設置位置可以是同時形成於該間隔件23的兩相反表面，或選擇性地僅形成於相反該波長轉換體3的表面，較佳地，該微結構圖案可為波浪狀、凹凸狀、周期性或非周期性排列的微結構圖案。於本實施例中，該光學結構5是以形成於該間隔件23反向於該波長轉換體3的表面，且為半圓形的凸粒做說明。

參閱圖5，本發明雷射照明裝置之第四實施例，大致是相同於該第二實施例，其不同處在於，該第四實施例的該反射罩2為一體而具有連續的反射面。

具體地說，該反射罩2包括一鄰近中心軸線X 的反射面24，及至少一貫穿該反射罩2的穿孔201。於本實施例中，該反射罩2具有相對該中心軸線X對稱地位在該反射罩2的相對兩側的兩個穿孔201，該等雷射單元4分別對應該等穿孔201而設置於該反射罩2外。該波長轉換體3可透過一設置於該反射面24上的支撐件6而位於該焦點F處。適用於本發明該第四實施例的支撐件6是選自導熱係數高於該波長轉換體3的導熱係數的材料所構成，較佳地，該支撐件6是選自金屬、合金、陶瓷等高導熱材料所構成。

詳細地說，當該等雷射單元4的雷射光束λ₂₁分別朝對應的穿孔201入射至該波長轉換體3時，該波長轉換體3所產生的放射光λ₂₂也會如該第二實施例所述，藉由該反射面24反射，且以平行該中心軸線X的方式朝該出光開口202行進。

需說明的是，於該第四實施例中，該等穿孔201與該等雷射單元4的數量是以兩個為例做說明，但其也可視情況而定，彼此相對應地增加至兩個以上，或僅包括一個穿孔201，而該雷射單元4則為對應穿孔201的數量設置。要說明的是，當穿孔201與雷射單元4分別為多個時，則該等雷射單元4可選自可發出不同波長的雷射光束λ₂₁，而可選擇性的以不同波長的雷射光束λ₂₁激發該波長轉換體3。

此外，需進一步說明的是，在該第四實施例中，該等穿孔201與該等雷射單元4是以相對該中心軸線X 對稱地設置為例做說明，其也可以是不必相對該中心軸線X對稱地設置。即，該等穿孔201能以任一數量非對稱式地形成於該反射罩2上，此時每一個雷射單元4只需配合地對應每一個穿孔201，圍設於該反射罩2外即可。

綜上所述，本發明雷射照明裝置是藉由該反射罩2與該波長轉換體3相配合，使位在該焦點F處的波長轉換體3能受該雷射光束λ₂₁所激發以產生該放射光λ₂₂，並藉由該第一反射面211及該第二反射面221以完整地將該放射光λ₂₂反射至該出光開口202供使用者使用，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2‧‧‧反射罩

202‧‧‧出光開口

21‧‧‧第一反射罩部

211‧‧‧第一反射面

22‧‧‧第二反射罩部

221‧‧‧第二反射面

23‧‧‧間隔件

3‧‧‧波長轉換體

4‧‧‧雷射單元

F‧‧‧焦點

P‧‧‧頂點

X‧‧‧中心軸線

λ₂₁‧‧‧雷射光束

λ₂₂‧‧‧放射光

Claims (10)

1. 一種雷射照明裝置，包含：一雷射單元，適於發射一雷射光束；一反射罩，定義一穿過該反射罩的焦點的中心軸線，該反射罩包括：一第一反射罩部，具有一與該焦點相間隔地位於該中心軸線的頂點，及一鄰近該中心軸線的第一反射面；一間隔件，設置於該第一反射罩部上，其中，該間隔件的厚度小於或等於1mm；一第二反射罩部，設置於該間隔件上且對應該第一反射罩部延伸並圍繞該中心軸線，該第二反射罩部具有一遠離該間隔件的出光開口，及一鄰近該中心軸線的第二反射面；及一波長轉換體，設置於該間隔件上且至少一部分位於該焦點，並於接收該雷射光束後可發出一放射光，該放射光於接觸該第一反射面或該第二反射面後會反射自該出光開口發出。
2. 如請求項1所述的雷射照明裝置，其中，該雷射光束通過該間隔件照射於該波長轉換體上。
3. 如請求項1所述的雷射照明裝置，其中，該反射罩還包括至少一個貫穿該第一反射罩部的穿孔，該雷射光束通過該穿孔照射於該波長轉換體上。
4. 如請求項3所述的雷射照明裝置，其中，該反射罩包括 一位於該頂點處且貫穿該頂點的穿孔。
5. 如請求項1所述的雷射照明裝置，還包括一光學結構，該光學結構設置於該間隔件的表面。
6. 如請求項5所述的雷射照明裝置，其中，該光學結構對應該波長轉換體設置且位於該間隔件的兩相反表面。
7. 如請求項5所述的雷射照明裝置，其中，該光學結構是一透鏡，該透鏡對應該波長轉換體設置且與該波長轉換體位於相反的表面。
8. 如請求項5所述的雷射照明裝置，其中，該光學結構是一微結構圖案，該微結構圖案與該波長轉換體位於相反的表面。
9. 一種雷射照明裝置，包含：一雷射單元，適於發射一雷射光束；一反射罩，定義一穿過該反射罩的焦點的中心軸線，該反射罩包括一與該焦點相間隔地位於該中心軸線的頂點、一遠離該頂點的出光開口、一鄰近該中心軸線的反射面，及至少一貫穿該反射罩的穿孔；一支撐件，設置於該反射面上；一波長轉換體，設置於該支撐件上且位於該焦點，並於透過該穿孔接收該雷射光束後可發出一放射光，該放射光於接觸該反射面後會反射自該出光開口發出。
10. 如請求項9所述的雷射照明裝置，其中，該支撐件的導熱係數高於該波長轉換體的導熱係數。