基于光纤引导的激光照明光学系统

技术领域

本发明涉及激光照明领域，特别地是，基于光纤引导的激光照明光学系统。

背景技术

激光照明相对于LED照明和传统照明，光电转化效率高，有效光能量利用率高，在绿色节能照明领域，具有广大的应用前景。目前，激光照明主要应用在远距离强光照明、汽车远光灯领域等工业场合，这些场合充分展现了激光照明的高亮度、高光强、远距离线状光源优势。在广泛的通用照明应用领域，将激光通用照明光源设计成面状光源将更能够实现激光照明场合的扩充，相对于LED照明及其它传统光源，基于激光照明光源具有高亮度，更易准直等独特优势。

发明内容

本发明目的是解决现有技术中照明光源多采用LED的问题，而提供一种新型的基于光纤引导的激光照明光学系统。

为了实现这一目的，本发明的技术方案如下：基于光纤引导的激光照明光学系统，包含有，激光能量源、激光引导光纤、激光匀光器件、激光聚光器件及荧光材料，其中，由所述激光能量源提供的激光能量依次经过所述激光引导光纤、所述激光匀光器件、所述激光聚光器件入射至所述荧光材料，所述荧光材料用于将入射至所述荧光材料的激光能量转换成通用光能量进行出射。

作为基于光纤引导的激光照明光学系统的优选方案，所述激光引导光纤仅具有单一光路，又或是，所述激光引导光纤具有一个主光路及多个分支光路。

作为基于光纤引导的激光照明光学系统的优选方案，所述荧光材料具有入射面、出射面及其余面，所述入射面及所述出射面形成有增透膜，所述其余面形成有反射膜。

作为基于光纤引导的激光照明光学系统的优选方案，还包含有，布置于所述荧光材料所述入射面侧的激光波导器件，所述激光能量到达所述荧光材料前先经过所述激光波导器件。

作为基于光纤引导的激光照明光学系统的优选方案，所述入射面为所述荧光材料的全部或部分侧面，所述出射面为所述荧光材料的顶面。

作为基于光纤引导的激光照明光学系统的优选方案，所述入射面及所述出射面均为所述荧光材料的顶面。

作为基于光纤引导的激光照明光学系统的优选方案，还包含有，布置于所述荧光材料下方的底部导热装置，所述底部导热装置与所述荧光材料间可布置有导热金属膜。

作为基于光纤引导的激光照明光学系统的优选方案，还包含有，配光透镜，所述配光透镜用于配置来自所述荧光材料的所述通用光能量。

作为基于光纤引导的激光照明光学系统的优选方案，所述配光透镜采用自由曲面透镜、TIR透镜或反光碗。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：采用激光引导光纤对激光能量进行光传输，增加了系统设计的空间自由度和注入荧光材料的激光能量的均匀度。在激光能量注入荧光材料的阶段采用激光波导器件能够对促进激光能量向荧光材料注入激光能量的均匀性和稳定性，能够促进荧光效率的提升和系统的整体稳定性。采用自由曲面透镜或TIR透镜进行通用光能量的收集，能够提高通用光能量的有效利用率。光学系统整体简洁，工艺简单，特别适合应用于激光与荧光材料的相互激发作为而产生稳定通用光能量输出的需求，相对于传统的激光激发荧光材料的光学系统而言，效率更高，系统设计自由度更广，稳定性更强。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图。

图2为本发明实施例2的结构示意图。

图3为本发明实施例3的结构示意图。

图4为本发明实施例4的结构示意图。

图5为本发明实施例5的结构示意图。

图6为本发明实施例6的结构示意图。

图7为本发明实施例7的结构示意图。

图8为本发明实施例8的结构示意图。

图9为本发明实施例9的结构示意图。

图10为本发明实施例10的结构示意图。

图11为本发明实施例11的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施方式连接附图对本发明作进一步详细说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：

请参见图1，图中示出的是基于光纤引导的激光照明光学系统。

所述基于光纤引导的激光照明光学系统由激光能量源1、激光引导光纤2、激光匀光器件3、激光聚光器件4及荧光材料5等组成。

所述激光能量源1、所述激光引导光纤2、所述激光匀光器件3及所述激光聚光器件4组成为激光组件。本实施例中激光组件的数量为1个。

其中，由所述激光能量源1提供的激光能量依次经过所述激光引导光纤2、所述激光匀光器件3、所述激光聚光器件4入射至所述荧光材料5。所述荧光材料5用于将入射至所述荧光材料5的激光能量转换成通用光能量进行出射。

其中，所述激光能量源1可采用多种类型波长所组成的阵列分布光源。所述激光能量源1可以但不限于可见光。

其中，所述激光引导光纤2的作用是传输及引导。所述激光能量源1提供的激光能量由所述激光引导光纤2的首端进入，沿所述激光引导光纤2传输，最后从所述激光引导光纤2的末端穿出。所述激光引导光纤2可弯折，也可加长缩短，以适应不同工况需求。

其中，所述激光匀光器件3的作用是对来自所述激光引导光纤2的激光能量进行空间匀化和/或光斑整形。所述激光匀光器件3可采用微透镜、基于衍射或折射原理的随机微透镜等。

其中，所述激光聚光器件4的作用是汇聚来自所述激光匀化器件的激光能量于所述荧光材料5。所述激光聚光器件4可采用聚光透镜。

其中，所述荧光材料5的横截面可采用多边形结构，诸如，三边形、四边形或六边形。本实施例中，所述荧光材料5的一侧面为入射面，所述荧光材料5的顶面为出射面，所述荧光材料5的其余侧面及底面为其余面。所述入射面及所述出射面形成有增透膜，所述其余面形成有反射膜，以增强所述荧光材料5出射的通用光能量的效率和空间均匀性。

所述荧光材料5下方可布置有底部导热装置6。所述荧光材料5与所述底部导热装置6间有导热金属膜。所述荧光材料5与所述底部导热装置6采用焊接方式形成整体的荧光暨导热模块。通过所述底部导热装置6将所述荧光材料5激发过程中所产生的热量及时导出，从而为所述荧光材料5的稳定性和通用光能量高转化效率的维持提供合理的低温环境。

实施例2：

请参见图2，图中示出的是基于光纤引导的激光照明光学系统是在实施例1的基础上增加一个自由曲面透镜7。所述自由曲面透镜7罩住所述荧光材料。以所述荧光材料出射的通用光能量的等效光源点为焦点，对通用光能量进行收集汇聚，将180°半空间发散的通用光能量进行空间收聚。所述自由曲面透镜7的材质可以不限于光学玻璃和石英，其内外表面可以采用化学或物理方式进行、蒙砂、或微透镜成型，以优化通用光能量的空间均匀性。

上述光学系统所组成的激光能量向通用光能量转化的模组，在此称之为激光照明一次配光设计模块，基于该一次配光设计模块的通用光能量输出，光束角度较小，等效光源面积较小，在进行照明光学二次配光设计的时候，能够达到光利用率高和照明系统中心亮度高等效果。

实施例3：

请参见图3，图中示出的是基于光纤引导的激光照明光学系统是在实施例1的基础上增加所述激光组件的数量。本实施例中，所述荧光材料5采用六边形结构。所述荧光材料5具有顺序相连的第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面、第五侧面及第六侧面。所述第一侧面、所述第三侧面及所述第五侧面为入射面。所述荧光材料5的所述第一侧面侧、所述第三侧面侧及所述第五侧面侧均布置有一组激光组件。所述第二侧面、所述第四侧面及所述第六侧面为其余面。

采用上述结构，有利于降低激光能量注入荧光材料的功率密度，增大激光能量与所述荧光材料相互作用而产生通用光能量的转化效率，同时提升荧光材料与激光能量相互作用所产生热量的均匀分布和导出。

实施例4：

请参见图4，图中示出的是基于光纤引导的激光照明光学系统是在实施例3的基础上增加一个六边形结构的激光波导器件8。所述激光波导器件8套在所述荧光材料外围，采用所述激光波导器件8传输激光能量从侧面注入所述荧光材料的方式，有利于激光能量的均匀化混合，有利于荧光材料与激光能量相互作用激发通用光效率的提升，有利于荧光材料产生通用光能量过程中所产出的热量的均匀对称地通过所述荧光材料底面散热，有利于提升荧光系统工作寿命。

实施例5：

请参见图5，图中示出的是基于光纤引导的激光照明光学系统是在实施例4的基础上，将一个六边形结构的激光波导器件改为三个三角形结构的激光波导器件8。三个三角形结构的激光波导器8件分别布置于所述荧光材料5的所述第一侧面侧、所述第三侧面侧及所述第五侧面侧。相对于实施例4，本实施例的结构更为简化。

实施例6：

请参见图6，图中示出的是基于光纤引导的激光照明光学系统是在实施例3的基础上增加一个自由曲面透镜7。同实施例2。有效收集通用光能量从180°半空间向光束发散角度变小方向收紧。

实施例7：

请参见图7，图中示出的是基于光纤引导的激光照明光学系统是在实施例3的基础上增加一个反光碗9。所述反光碗9环绕于所述荧光材料5外围且所述反光碗9开口向上。所述反光碗9用于收集来自所述荧光材料5的通用光能量并且准直分配。有效收集通用光能量从180°半空间向光束发散角度变小方向收紧。

实施例8：

请参见图8，图中示出的是基于光纤引导的激光照明光学系统是在实施例3的基础上增加一个TIR透镜9。所述TIR透镜9布置于所述荧光材料5上方。所述TIR透镜9用于收集来自所述荧光材料5的通用光能量并且准直分配。有效收集通用光能量从180°半空间向光束发散角度变小方向收紧。

实施例9：

请参见图9，图中示出的是基于光纤引导的激光照明光学系统是在实施例8的基础上，将所述激光组件的数量改为1个，并且所述荧光材料的入射面改为所述荧光材料的顶面。

实施例10：

请参见图10，图中示出的是基于光纤引导的激光照明光学系统是在实施例9的基础上将一个TIR透镜替换为一个自由曲面透镜9。

实施例11：

请参见图11，图中示出的是激光引导光纤。所述激光引导光纤具有一个主光路21及多个分支光路22。

而以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。