光路与光波重整组件和透射式激光照明系统的制作方法

本实用新型涉及照明系统，尤其涉及激光照明系统。

背景技术：

激光照明系统，是一种使用激光或激光二极管作为发光源的新型照明技术，在军工探照、警用照明、搜救、汽车、户外照明等领域有着广泛的应用前景。

目前的激光照明系统，如中国专利申请号2012203086829公开的一种激光照明分光镜装置，包括凸透镜，光源发射器，透镜镜框以及底板，所述凸透镜装设在远端盖上，所述远端盖与所述光源发射器通过固定在所述透镜镜框上的两根固定导杆相连接，所述远端盖通过螺丝装设在所述底板上，在所述透镜镜框上还装设有双层高斯均光膜，该专利存在的一个明显的缺陷是光束受环境影响较大，难以批量应用于军工探照、警用照明、搜救及户外照明；

再如中国专利申请号2011204387369公开的采用光纤整形与匀化的激光照明装置，包括带有柱面镜的激光器和作为匀化器的光纤段；柱面镜与光纤段之间设置有用于耦合经柱面镜整形之后的激光光束进入光纤段的短焦聚焦透镜。专利存在的一个明显的缺陷是组装定位要求高、结构件加工精密度要求非常高、安装调试效率非常低。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种光路与光波重整组件和透射式激光照明系统，以克服现有技术存在的缺陷，满足相关领域应用的需要。

本实用新型首先涉及一种光路与光波重整组件；

所述的光路与光波重整组件，包括透镜阵列组件和波长转换组件，所述的波长转换组件设置在所述的透镜阵列组件的一侧或两侧；

所述的透镜阵列包括承载体和设置在所述的承载体上的由单个透镜构成的透镜阵列；

所述的波长转换组件包括相互拼接的通光区域和波长转换区域；

所述的设有光路和光波重整组件的透射式激光照明系统，包括激光光源和所述的光路与光波重整组件，所述的光路与光波重整组件设置在所述的激光光源的一侧；

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的激光照明系统中，采用透镜阵列对激光光路进行重整，同时结合波长转换系统；使激光光效及出光均匀度均可提高10％以上，同时透镜或棱镜阵列与波长装换材料巧妙结合也兼具了波长转换、透光、混光、匀光等功能，使得光效高、出光更加均匀、混色效果好。本实用新型可用于日常照明及汽车等生活领域，出光均匀、色域覆盖宽、色纯度高，满足美好生活；用于军事舰船、警用系统，照射距离远，可达10公里以上，色域覆盖宽、色纯度高；用于搜救、探照等领域，光束几乎不受环境影响，光路结构简单、易加工，一体化结构，可在现有照明器件中直接替换其他光源使用，激光光效使用率高，成本低，激光照明寿命长，是目前主流照明LED的5倍以上、氙气灯的10倍以上。

附图说明

图1为光路和光波重整组件结构示意图。

图2为光波长转换装置结构示意图，其中，图2A为通光区域为通光孔的结构示意图，图2B为通光区域为透明板的结构示意图。图2C为波长转换区域为涂覆在单个透镜一侧表面的波长转换材料涂层的结构示意图。

图3为光路与光波重整组件两侧设有凸透镜和凹透镜的结构示意图。

图4设有方棒光隧道的结构示意图。图4A为光隧道纵截面是长方形的方棒光隧道结构示意图，图4B为光道纵截面是梯形的方棒光隧道结构示意图。

图5为激光照明系统包括依次排列设置的激光光源、第一凸透镜、方棒光隧道、光路与光波重整组件、第二凸透镜和凹透镜的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型首先涉及一种光路与光波重整组件；

参见图1，所述的光路与光波重整组件，包括透镜阵列组件1和波长转换组件2，所述的波长转换组件2设置在所述的透镜阵列组件1的一侧或两侧；

所述的透镜阵列1包括承载体101和设置在所述的承载体101上的由单个透镜103构成的透镜阵列102；

所述的透镜阵列1包括凸透镜阵列、凹透镜阵列、菲涅尔透镜阵列或三棱镜阵列中的一种或其组合；

其中：所述的透镜和棱镜可以是单面结构，也可以是双面结构；

术语“菲涅尔透镜”的定义及相关知识在《非成像光学设计》(张航、严金华著，科学出版社，2016年第一版)中有详细的定义；

其中，三棱镜阵列、凹透镜阵列、凸透镜阵列和菲涅尔透镜阵中的单个棱镜及透镜的空间尺寸、光学规格没有特别的要求；

参见图2，所述的波长转换组件2包括相互拼接的通光区域202和波长转换区域201；

优选的，所述的通光区域202为通光孔，所述的波长转换区域201为波长转换材料板，如图2A；所述的波长转换材料板与所述的承载体101之间的距离为大于0至50m或者更大；

或者，所述的通光区域202为透明板，所述的波长转换区域201为涂覆在透明板上的波长转换材料涂层，如图2B；透明板与所述的承载体101之间的距离为大于0至50m或者更大；

所述的波长转换区域201与透镜阵列1中，全部透镜的投影面积之和的重叠率为1～99％；

术语“全部透镜”，指的是所述的透镜阵列中，全部的单个透镜的投影面积之和；

或者，所述的波长转换区域201为涂覆在所述的单个透镜一侧表面、两侧表面或者相邻两个透镜之间的承载体101上的波长转换材料涂层，所述的波长转换材料涂层在全部透镜的表面积之和的覆盖率为0.1％-99.9％，相邻两个透镜之间的间隙的所述的波长转换材料涂层的覆盖率为0.1％-99.9％，没有涂覆波长转换材料涂层的区域即为通光区域202，如图2C所示；

术语“全部透镜的表面积之和”指的是，所述的透镜阵列中，全部的单个透镜的表面积之和；

进一步，当所述的波长转换区域201为波长转换材料板时，在所述的波长转换材料板上的一侧复合有透明板；

进一步，所述的波长转换区域201为波长转换材料板时，为平面板或曲面板；

或者，所述的通光区域为透明板时，所述的透明板为平面板或曲面板；

需要说明的是，所述的透明板为常规的，如玻璃板、石英板、透明聚酯板等，本领域的技术人员可以根据需要进行选择；

所述的波长转换材料为公知材料，可以是陶瓷荧光体材料、YAG荧光粉、硅酸盐、氯硅酸盐、铝酸盐、氮氧化物、氮化物、钨酸盐、钼酸盐、硫氧化物、硫化物等荧光粉材料。

当所述的波长转换区域201为波长转换材料板时，可采用如陶瓷荧光体材料或采用如荧光粉压制或采用其他如印刷等方法制备的板，在受激发后，可以直接激发出光波长为300-800nm的光；

所述的波长转换区域201也可以采用印刷、喷涂、刮涂等工艺方式将波长转换材料涂布在透明基板或直接涂布在透镜阵列或棱镜阵列上制备而成，如申请号:CN201710410645.6专利公开的技术，简述如下：可将混合好的双组份透明无机胶(株洲世林聚合物有限公司的SL3010A:SL3010B按重量比1:1)与波长转换材料按重量比1:2进行均匀混合，然后采用150目的丝网印刷在透明透镜阵列或透明棱镜阵列基板上，然后在180℃烘烤30分钟制作而成；

所述的株洲世林聚合物有限公司的型号为SL3010A\SL3010B的透明无机胶的主要成分为无机硅化合物(如SiO、SiC等)及含有至少一个化学双键、三键及多键的烷烃类、醇类、醚类固化剂；

所述的通光区域202和波长转换区域201的几何形状没有特别要求，优选的截面形状为圆形、椭圆形、三角形、长方形、正方形孔、星形、曲边/直边多边形等；

优选的，所述的通光区域202和波长转换区域201的当量直径为1nm-100m；

术语“当量直径”定义如下，当量直径＝通光区域202或波长转换区域201周长/圆周率；

优选的，为提高光利用率，在所述的阵列的任意一面或二面镀复有光学增透膜；光学增透膜为公知常识，在《薄膜光学与薄膜技术基础》(曹建章等著，2014年第一版)中有详细介绍；

参见图1，所述的设有光路和光波重整组件的透射式激光照明系统，包括激光光源100和所述的光路与光波重整组件200，所述的光路与光波重整组件200设置在所述的激光光源100的一侧；

优选的，参见图3，所述的激光照明系统，还包括设置在所述的激光光源100和所述的光路与光波重整组件之间的第一凸透镜61或第一凹透镜71中的一种或其组合；

或者，优选的，所述的激光照明系统，还包括设置在所述的所述的光路与光波重整组件另一侧的第二凸透镜62或第二凹透镜72中的一种或其组合；

或者，优选，所述的激光照明系统，还包括设置在所述的激光光源100和所述的所述的光路与光波重整组件之间的第一凸透镜61或第一凹透镜71中的一种或其组合以及置在所述的所述的光路与光波重整组件之间的另一侧的第二凸透镜62或第二凹透镜72中的一种或其组合；

参见图4，优选的，所述的激光照明系统，还包括设置在所述的光路与光波重整组件200的任意一侧或两侧的方棒光隧道3；

所述的方棒光隧道3为本领域通用的部件，横截面可以是正方形、长方形、平行四边形；纵截面可以是长方形、正方形、梯形等；当为梯形时，光道302的小头朝向光源方向；具体的，可参见《现代投影显示技术》，刘旭/李海峰著，2009年3月第一版，本实用新型不再赘述。

到达方棒光隧道3的光束入射光道302的角度范围为1°-89°；

优选的，上述的激光照明系统，还包括设置在所述的激光光源100、所述的光路与光波重整组件200和方棒光隧道3之间的第一凸透镜61或第一凹透镜71中的一种或其组合；

或者，优选的，所述的激光照明系统，还包括设置在所述的所述的光路与光波重整组件的另一侧的第二凸透镜62或第二凹透镜72中的一种或其组合；

或者，优选，所述的激光照明系统，还包括设置在所述的激光光源100、所述的光路与光波重整组件200和方棒光隧道3之间的第一凸透镜61或第一凹透镜71中的一种或其组合以及置在所述的波长转换装置2另一侧的第二凸透镜62或第二凹透镜72中的一种或其组合；

所述的凸透镜5包括一面为平面另一面为凸面或者两面均为凸面的凸透镜；

优选的，参见图5，本实用新型所述的激光照明系统，包括依次排列设置的激光光源100、第一凸透镜61、第一方棒光隧道31、透镜阵列组件1、所述的光路与光波重整组件、第二凸透镜62、第二方棒光隧道32和第二凹透镜72；

所述的波长转换组件，由通光区域202和波长转换区域201相互拼接构成，所述的通光区域202为通光孔，所述的波长转换区域201为采用喷涂工艺技术制备的波长转换材料板；

其中：所述的激光光源选用455nm的蓝光激光二极管；

透镜阵列组件1中透镜阵列为直径为30um，高度为15um，前后左右相邻透镜间距均为2um的凸透镜阵列，透明板与所述的承载体101之间的距离为0.1um；

所述的波长转换材料为出光波长分别在510-580nm和600-660nm两种波长转换材料中的至少一种，波长转换装置的基板为对波长360-720nm的光的透过率为99％的石英，通光孔202的开孔率为20％，截面形状为圆形，第一方棒光隧道31斜面与水平夹角为5°-20°，总长度为3mm，光源激光二极管1和第一方棒光隧道31分别位于第一凸透镜61两侧的2个焦点处，到达第一方棒光隧道31的光束入射第一方棒光隧道31的夹角为25°-35°，第一方棒光隧道31与波长转换装置2的距离为0.01-5mm，波长转换装置2和第二方棒光隧道32分别位于第二凸透镜62的两侧的2个焦点处，第二方棒光隧道32斜面与水平夹角为10°，总长度为5mm，到达第二方棒光隧道32的光束入射第二方棒光隧道32的夹角为25°-35°；

上述装置的工作原理如下：

激光光源发出的蓝光，经过凸透镜汇合后，进入方棒光隧道均匀化整形后，形成较均一分布的光束，照射到凸透镜阵列与波长装换材料制备的同时具有光波重整、均匀化作用和波长转换功能的光波重整装置上，其中一部分蓝光直接通过了透光部分，而照射到基板上波长转换材料上的蓝光则被转换成了波长为510-580nm的绿/黄光和波长为600-660nm的红光中的至少一种光，透过的重整过的蓝光和转换出来的绿/黄光或红光经凸透镜汇合，进入第二方棒光隧道进行混合、均匀化后，再经凹透镜发散，形成所需的光出射，最终实现照明效果。