一种激光照明装置的光学系统

专利摘要:
一种激光照明装置的光学系统，包括入射光学系统、出射光学系统和波长转换装置，入射光学系统为多个并围绕出射光学系统设置，入射光学系统包括激光器、第一光学反射器和第二光学反射器，激光器用于发出平行的激发光，激发光具有第一光轴，出射光学系统具有第二光轴，激发光经过第一光学反射器和第二光学反射器进行二次反射并引导激发光至波长转换装置上，波长转换装置位于第二光轴上并用于吸收激发光形成受激光，受激光经波长转换装置反射后，沿第二光学反射器周围传播并由出射光学系统射出，第二光学反射器包括至少两个反射面，并反射面偏离第二光轴设置，用于将激发光引导至波长转换装置上形成汇聚的光斑，从而提高照射密度和出射光亮度。
公开号:CN214335376U
申请号:CN202120237588.8U
申请日:2021-01-27
公开日:2021-10-01
发明作者:黄成�；陈国平；李秀斌
申请人:Guangzhou Guanglian Electronic Technology Co ltd；
IPC主号:G02B27-09

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及激光照明领域，更具体地，涉及一种激光照明装置的光学系统。
[n0002] 由于科学技术的快速发展，半导体激光器的应用技术日趋成熟，利用激光激发荧光粉以及出射白光或其他颜色光的技术已经广泛应用于照明和显示技术领域。
[n0003] 现有技术中，申请号为201910510969.6的发明专利披露了相关技术方案，所述的折叠多光轴的激光手电筒光学系统包括有：入射光学系统、波长转换装置以及出射光学系统；入射光学系统包括激光器及多个光学反射器，激光器用于发出激发光，多个光学反射器用于对激发光进行多次反射以折叠光束形成多光轴并引导最后折叠的激发光至波长转换装置；波长转换装置用于吸收激发光形成受激光；受激光形成照明光由出射光学系统出射。
[n0004] 以上的现有技术当中，由于设置多个入射光学系统，入射的激光经由第二光学反射装置未能同时设置于出射光学系统的光轴上，使波长转换装置上的各入射光学系统形成的光斑不能很好重合，激发光斑较大，光线较散，那么具有多光斑的混合光束出射，光的亮度低，影响使用的性能及效果。
[n0005] 本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种激光照明装置的光学系统，为实现多束激发光作用于波长转换装置同一位置上，解决提高照射密度和出射光亮度的问题。
[n0006] 本实用新型采取的技术方案是，包括入射光学系统、出射光学系统和波长转换装置，所述入射光学系统为多个并围绕出射光学系统设置，所述入射光学系统包括激光器、第一光学反射器和第二光学反射器，所述激光器用于发出平行的激发光，所述激发光具有第一光轴，所述出射光学系统具有第二光轴，所述激发光经过第一光学反射器和第二光学反射器进行二次反射并引导激发光至波长转换装置上，所述波长转换装置位于第二光轴上并用于吸收激发光形成受激光，所述受激光经波长转换装置反射后，沿第二光学反射器周围传播并由出射光学系统射出，所述第二光学反射器包括至少两个反射面，所述反射面偏离第二光轴设置，用于将所述激发光引导至波长转换装置上形成汇聚的光斑。
[n0007] 本方案中为实现多束激发光作用于波长转换装置同一位置上，第二光学反射器包括至少两个反射面与多个入射光学系统对应配置，使多个入射光学系统同时入射，通常将第一光学反射器或第二光学反射器倾斜于第一光轴和第二光轴非标准的倾斜角度(略大于或小于45度)，反射面偏离第二光轴设置，用于将多个激光器发射平行的激发光通过第一光学反射器和第二光学反射器二次反射至波长转换装置上汇聚，形成汇聚的光斑作用于波长转换器的同一位置上，光在波长转换装置上吸收激发光形成受激光，受激光经波长转换装置反射后，沿第二光学反射器周围传播并由出射光学系统射出，多个入射光学系统通过至少两个反射面的第二光学反射器使光作用于波长转换器的同一位置上，可以提高光的照射密度和出射光亮度，实现多激光器发出的多束激发光同时激发波长转换装置，以实现均匀一体化的激光照明效果。
[n0008] 优选地，所述第二光学反射器包括至少两个反射面，且所述反射面均与第二光轴呈45°角。
[n0009] 本方案中如此设置，能够使多束平行激发光通过第一光学反射器和第二光学反射器的二次反射照射在波长转换装置上时形成一个激发光斑。45°角是标准角，可最大面积的反射激发光，生产方便，装配过程中便于使用和安装。
[n0010] 进一步优选地，所述第二光学反射器设有两个反射面，且所述反射面形成相互垂直的反射面组，所述第一光学反射器与所述第一光轴呈45°角并对应所述第二光学反射器设置。
[n0011] 本方案中第一光学反射器配合第二光学反射器的位置安装，光通过第一光学反射器和第二光学反射器汇聚在波长转换装置上形成汇聚的光斑，直角是标准角，相互垂直形成的直角棱镜价格更低廉，加工精度要求降低，利于制造生产，装配过程简单，在实际实施的过程中具有优势。
[n0012] 进一步优选地，所述入射光学系统还包括设于激光器和第一光学反射器之间的第一透镜；所述第一透镜的主光轴位置偏离于第一光轴，并且偏离方向为远离第二光轴的方向；所述激光器发出的平行光通过所述第一透镜进行聚焦后，依次通过第一光学反射器和第二光学反射器聚焦在波长转换装置上。
[n0013] 本方案的入射光学系统的多束平行激发光分别先经过第一透镜使光聚合，第一透镜的主光轴位置偏离于第一光轴，并且偏离方向为远离第二光轴的方向，使经由第一透镜后的激发光发生偏心，激发光在经由第二光学反射器后向第二光轴的位置进行靠拢，原分散于照射在波长转换装置上的多束激发光的光斑向第二光轴汇聚，多束激光聚焦于波长转换器同一位置上，以及形成完全叠加后的光斑。这样以第一透镜的相对位移并偏离第一光轴进行设置，以调整激发光束发生于靠近于第二光轴的方向入射，通过对第一透镜的普通位移的设置来替换反射器微小角度的调整来获取激发光束的倾斜，可将制造的工艺要求降低，提高产品的良率，同时第一光学反射器与第二光学反射器可使用标准件45度的直角棱镜来实现激发光束的反射，也可大大地降低成本，还可以缩小波长转换装置上的光斑面积，使光更密集，进而射出的照明光更亮。相反，如果第一透镜向靠近第二光轴方向设置会导致照射到波长转换装置上的光斑反方向分离，光斑分散，密度分散，出射亮度降低。
[n0014] 进一步优选地，所述激发光经过第一光轴并由所述第一透镜射出或所述激发光由第一透镜靠近第二光轴的部分区域射出，所述激发光经所述第一光学反射器和第二光学反射器进行二次反射后，聚焦在波长转换装置同一位置形成激发光斑。
[n0015] 进一步优选地，所述第一透镜偏移距离匹配第二光学反射器偏移第二光轴的距离，用于减小射在所述波长转换装置上光斑面积。
[n0016] 本方案中第一透镜的偏移可以改变激发光的反射角度，减小射在所述波长转换装置上激发光斑面积，提高受激光的照明强度。第二光学反射器偏移第二光轴距离小，所述第一透镜偏离于第一光轴远离第二光轴方向距离小，所述激发光经过第一光轴；所述第二光学反射器偏移第二光轴距离大，所述第一透镜偏离于第一光轴远离第二光轴方向距离大，所述激发光不经过第一光轴由第一透镜靠近第二光轴部分射出，激发光经过反射位于在第二光轴(204)一侧并聚焦在波长转换装置(300)同一位置上形成激发光斑。
[n0017] 进一步优选地，所述第一光轴和第二光轴相互平行并错开设置，所述第一光轴光路方向与所述第二光轴光路方向相同。
[n0018] 本方案中第一光轴和第二光轴相互平行并错开设置，可以避免激发光通过第一透镜和第一光学反射器后，通过不同的角度设在第二光学反射器上，在设在波长转换装置上的光发散；激发光通过两次反射，第一光轴与第二光轴的光路方向相同说明第一光学系统和第二光学系统在同一侧，进而可以减小两次反射的面积，进而减小整个光学系统的体积，实用方便。
[n0019] 进一步优选地，所述波长转换装置与第二光学反射器之间设有第二透镜，所述第二透镜用于聚焦激发光在波长转换装置上并使出射光沿第二光学反射器周围射出。
[n0020] 本方案中波长转换装置与第二光学反射器之间设有第二透镜，入射光学系统及出射光学系统均包括所述第二透镜，波长转换装置位于第一透镜和第二透镜的组合焦点上。这样设置不仅便于将激发光聚焦在波长转换装置同一位置上，使光更密集，也便于波长转换装置吸收激发光形成的受激光形成高能量密度的照明光，提高照明强度。
[n0021] 进一步优选地，所述出射光学系统包括设于第二光轴上的出光透镜，所述受激光经由第二透镜收集及出光透镜准直后形成近平行的照明光出射。
[n0022] 本方案中出光透镜位于出射光学系统的最外部，这样可以最大程度的使出射光准直出射，形成窄角度的照明光，以实现更远距离的照明效果。
[n0023] 进一步优选地，还包括位于所述出光透镜及第二光学反射器之间的光学剥离平片，所述光学剥离平片用于固定第二光学反射器。
[n0024] 本方案中的第二光学反射器固定在光学剥离平片上，光学剥离平片的面积大小根据第二光学反射器或出光透镜的大小适应配置，光学剥离平片为透明。
[n0025] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
[n0026] 1.本方案的第二光学反射器可配置使用多个入射光系统，提高激发光强度，受激光亮度。
[n0027] 2.本方案使用标准角度的光学反射器，降低成本，可批量生产。
[n0028] 3.本方案设计多入射激光系统的激发光在标准光学反射器45度可以入射到波长转换装置同一位置激发，使光更密集，提高照明光强度。
[n0029] 4.本方案的设计可减小射在波长转换装置上光斑面积减小，光密度增加，出射光亮度增加。
[n0030] 5.本方案通过反射缩小光学系统整体的体积。
[n0031] 图1为实施例一的一种激光照明装置的光学系统的示意图，其中箭头表示光线传输路径。
[n0032] 图2为实施例一的第一透镜的光学系统的示意图，其中箭头表示光线传输路径。
[n0033] 图3为实施例一的第二光学反射器的结构图，其中箭头表示光线传输路径。
[n0034] 图4为实施例二的第二光学反射器的结构图，其中箭头表示光线传输路径。
[n0035] 图5为实施例二的第二光学反射器的平面图。
[n0036] 附图中标记为：101激光器；102第一透镜；103第一光学反射器；104第二光学反射器；105第一光轴；201第二透镜；202出光透镜；203光学剥离平片；204第二光轴；300波长转换装置。
[n0037] 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。
[n0038] 实施例1
[n0039] 如图1所示，本实施例提供一种激光照明装置的光学系统，包括两个入射光学系统、一个出射光学系统和波长转换装置300，两个入射光学系统围绕出射光学系统设置，入射光学系统包括激光器101、第一透镜102、第一光学反射器103、第二光学反射器104、第二透镜201，出射光学系统包括第二透镜201、光学剥离平片203、出光透镜202。
[n0040] 第一透镜102设于激光器101和第一光学反射器103之间，激光器101发射出激发光，激发光形成第一光轴105，激发光经过第一透镜102使光汇聚，第一光学反射器103反射到第二光学反射器104上再通过第二透镜201射到波长转换装置300，波长转换装置300用于吸收激发光形成受激光，受激光形成照明光由出射光学系统出射，出射光学系统具有第二光轴204。
[n0041] 如图2和3所示，第一透镜102的主光轴位置偏离于第一光轴105并且偏离方向为远离第二光轴204的方向，第一透镜102偏移距离匹配第二光学反射器104偏移第二光轴204的距离，使经由第一透镜102后的激发光发生偏心，激发光束发生于倾斜于第一光轴105的方向入射，激发光经过第一光学反射器103反射到第二光学反射器104上，经由第二光学反射器104后向第二光轴204的位置进行靠拢，第一光学反射器103与第二光学反射器104可使用标准件45度的直角棱镜来实际激发光束的反射，第二光学反射器104为设有直角的反射面组，直角方向对应波长转换装置300，第二光学反射器104的反射面与第二光轴呈45°角，第一光学反射器103与第一光轴105呈45°角并对应第二光学反射器104设置，再通过第二透镜201射到波长转换装置300上，第二透镜201用于聚焦激发光在波长转换装置300上。这样使激发光逐渐汇聚，使原分散于照射在波长转换装置300上的多束激发光的光斑向第二光轴204汇聚，多束激光聚焦于波长转换器300同一位置上，形成完全叠加后的光斑，通过第一透镜102的普通位移的设置来替换反射器微小角度的调整来获取激发光束的倾斜，可将制造的工艺要求降低，提高产品的良率，同时所述的也可大大地降低成本，还可以缩小波长转换装置300上的光斑面积，使光更密集，进而射出的出射光更亮。相反，如果第一透镜102向靠近第二光轴204方向设置会导致照射到波长转换装置300上的光斑反方向分离，光斑分散，密度分散，出射亮度降低。所以本方案设计方式可用于减小射在波长转换装置300上光斑面积用于将激光器101发出的平行光进行聚焦后通过第一光学反射器103和第二光学反射器104聚焦在波长转换装置300的同一位置上，提高激发光密度进而提高受激光反射亮度。
[n0042] 激发光经过第一光学反射器103和第二光学反射器104进行二次反射并引导激发光至波长转换装置300上，进而受激光经波长转换装置300反射再经过第二透镜201会聚后，第二透镜可以使出射光学系统上的激发光会聚，出射光沿第二光学反射器104周围传播并由出射光学系统射出，由出射光学系统的出光透镜202准直射出，出光透镜202使受激光进一步准直，准直后形成近平行的照明光出射。提高照明光的亮度，扩大照明光的照射面积。
[n0043] 光学剥离平片203位于出光透镜202及第二光学反射器104之间，光学剥离平片203用于固定第二光学反射器104。
[n0044] 激发器102、第一透镜102和第一光学反射器103在第一光轴105上，波长转换装置300、第二透镜201、第二光学反射器104和出光透镜202在第二光轴204上，第一光轴与第二光轴相互平行并错开设置，第一光轴105光路方向与所述第二光轴204光路方向相同，光经过两次反射，使发光照明系统的整体体积减小。
[n0045] 波长转换装置300由荧光层和反射层组成，荧光层再靠近第二光学反射器一侧，反射层在荧光层的背面，波长转换装置300适用于激光，并且耐高温、耐老化、导热好，提高发光效率。
[n0046] 实施例2
[n0047] 本实施例为一种激光照明装置的光学系统，包括三个入射光学系统、一个出射光学系统和波长转换装置300，三个入射光学系统围绕出射光学系统设置，入射光学系统包括激光器101、第一透镜102、第一光学反射器103、第二光学反射器104、第二透镜201，出射光学系统包括第二透镜201、光学剥离平片203、出光透镜202。
[n0048] 第一透镜102设于激光器101和第一光学反射器103之间，激光器101发射出激发光，激发光形成第一光轴105，激发光经过第一透镜102使光汇聚，第一光学反射器103反射到第二光学反射器104上再通过第二透镜201射到波长转换装置300，波长转换装置300用于吸收部分激发光形成受激光，受激光形成照明光由出射光学系统出射，出射光学系统具有第二光轴204。
[n0049] 激发器101、第一透镜102和第一光学反射器103在第一光轴105上，波长转换装置300、第二透镜201、第二光学反射器104和出光透镜202在第二光轴204上，第一光轴105与第二光轴204相互平行并错开设置，第一光轴105的光照射方向同照明光出射方向相同，使入射光学系统和出射光学系统在同一侧，光经过两次反射，使发光照明系统的整体体积减小；第一透镜102在激发器101和第一反射器103之间，第一反射器103与第一光轴呈45°角配合第二光学反射器104位置设置，第一透镜102的位置偏移于第一光轴105并且远离第二光轴204方向设置，这样激发光向靠近第二光轴204方向偏移，第一透镜103偏移的距离根据第二光学反射器104偏移第二光轴204的距离。第二光学反射器104偏移第二光轴204距离小，那第一透镜102偏离于第一光轴105远离第二光轴204方向的距离小，这样激发光是通过第一光轴105；第二光学反射器104偏移第二光轴204距离大，那第一透镜103偏离于第一光轴105远离第二光轴204方向的距离大，这样激发光可以不通过第一光轴105，只在第一透镜102靠近第二光轴204的一半部分射出。这样可以改变激发光的反射角度，减小射在所述波长转换装置300上光斑面积，提高受激光的照明强度。
[n0050] 如图4和5所示，第二光学反射器104为包括三个反射面，且所述三个反射面均与第二光轴204呈45°角，三束激发光射到第二光学反射器104的三个反射面上，经过反射射入到波长转换装置300同一位置上。三个入射光系统同时照射，激光器101发射的激发光经过偏移的第一透镜102、呈45°角的第一光学反射器103和多反射面组得第二光学反射器104反射、通过第二透镜201把光聚焦在波长转换装置300的同一位置上形成光斑，光斑面积小密度大，波长转换装置300吸收激发光形成受激光，发射的受激光亮度高，受激光形成照明光由出射光学系统出射。
[n0051] 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。

权利要求:
Claims (10)
[0001] 1.一种激光照明装置的光学系统，包括入射光学系统、出射光学系统和波长转换装置(300)，所述入射光学系统为多个并围绕出射光学系统设置，所述入射光学系统包括激光器(101)、第一光学反射器(103)和第二光学反射器(104)，所述激光器(101)用于发出平行的激发光，所述激发光具有第一光轴(105)，所述出射光学系统具有第二光轴(204)，所述激发光经过第一光学反射器(103)和第二光学反射器(104)进行二次反射并引导激发光至波长转换装置(300)上，所述波长转换装置(300)位于第二光轴(204)上并用于吸收激发光形成受激光，所述受激光经波长转换装置(300)反射后，沿第二光学反射器(104)周围传播并由出射光学系统射出，其特征在于，所述第二光学反射器(104)包括至少两个反射面，所述反射面偏离第二光轴(204)设置，用于将所述激发光引导至波长转换装置(300)上形成汇聚的光斑。
[0002] 2.根据权利要求1所述的一种激光照明装置的光学系统，其特征在于，所述第二光学反射器(104)包括至少两个反射面，且所述反射面均与第二光轴(204)呈45°角。
[0003] 3.根据权利要求2所述的一种激光照明装置的光学系统，其特征在于，所述第二光学反射器(104)设有两个反射面，且所述反射面形成相互垂直的反射面组，所述第一光学反射器(103)与所述第一光轴(105)呈45°角并对应所述第二光学反射器(104)设置。
[0004] 4.根据权利要求1至3任一项所述的一种激光照明装置的光学系统，其特征在于，所述入射光学系统还包括设于激光器(101)和第一光学反射器(103)之间的第一透镜(102)；所述第一透镜(102)的主光轴位置偏离于第一光轴(105)，并且偏离方向为远离第二光轴(204)的方向；所述激光器(101)发出的平行光通过所述第一透镜(102)进行聚焦后，依次通过第一光学反射器(103)和第二光学反射器(104)聚焦在波长转换装置(300)上。
[0005] 5.根据权利要求4所述的一种激光照明装置的光学系统，其特征在于，所述激发光经过第一光轴(105)并由所述第一透镜(102)射出或所述激发光由第一透镜(102)靠近第二光轴(204)的部分区域射出，多个入射光学系统的激发光经对应的所述第一光学反射器(103)和第二光学反射器(104)进行二次反射后，聚焦在波长转换装置(300)上的同一位置形成激发光斑。
[0006] 6.根据权利要求5所述的一种激光照明装置的光学系统，其特征在于，所述第一透镜(102)偏移距离匹配第二光学反射器(104)偏移第二光轴(204)的距离，用于减小射在所述波长转换装置(300)上光斑面积。
[0007] 7.根据权利要求5所述的一种激光照明装置的光学系统，其特征在于，所述第一光轴(105)和第二光轴(204)相互平行并错开设置，所述第一光轴(105)光路方向与所述第二光轴(204)光路方向相同。
[0008] 8.根据权利要求6所述的一种激光照明装置的光学系统，其特征在于，所述波长转换装置(300)与第二光学反射器(104)之间设有第二透镜(201)，所述第二透镜(201)用于聚焦激发光在波长转换装置(300)上并使出射光沿第二光学反射器(104)周围射出。
[0009] 9.根据权利要求8所述的一种激光照明装置的光学系统，其特征在于，所述出射光学系统包括设于第二光轴上的出光透镜(202)，所述受激光经由第二透镜(201)收集及出光透镜(202)准直后形成近平行的照明光出射。
[0010] 10.根据权利要求9所述的一种激光照明装置的光学系统，其特征在于，还包括位于所述出光透镜(202)及第二光学反射器(104)之间的光学剥离平片(203)，所述光学剥离平片(203)用于固定第二光学反射器(104)。

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202120237588.8U|CN214335376U|2021-01-27|2021-01-27|一种激光照明装置的光学系统|CN202120237588.8U| CN214335376U|2021-01-27|2021-01-27|一种激光照明装置的光学系统|