无损白光激光器照明系统及装置的制作方法

本发明涉及光学照明领域，特别涉及一种无损白光激光器照明系统及装置。

背景技术：

在现有的光学照明技术中，白光激光器的主要光路方案为透射式和反射式。透射式由激光器、聚光透镜、光扩散片、透明导热基板、荧光片、白光聚焦透镜组组成。一般透明导热基板的材料为蓝宝石，由于蓝宝石片的导热系数为17w/m.k，导热率不高，传导到蓝宝石片的热还需进一步通过和蓝宝石接触的壳体传导。所以荧光片的工作温度在透射式应用中，其温度要比反射式应用中高20多度。所以相比之下，透射式比反射式的荧光粉效率要低，寿命要短。最终导致白光激光器器件的光效低，寿命短。反射式由激光器、聚光透镜、扩散片反光镜、反光镜、荧光片、高导热主体、主透镜和大透镜、扩散片组成。由于荧光片直接坐落在高导热主体上，荧光工作时候产生的热量，可以高效的传导到散热底座。可以提升荧光片中的荧光粉光效和寿命，克服透射式白光激光器的问题。但现有的反射式结构存在如下问题，光路复杂、反光镜设置较多、光损失严重，激光光经过每个镜面反射，至少有8-10％的光损失，不能有效的进一步利用，这样累计的光能损失很大。反光镜放置在中心光路上，阻挡了白光中心光路，导致白光中心光强降低，光能损失。此类设计明显地降低了激光中心光强高的优势。多反射镜的方案，导致器件结构复杂，导致生产成本增加。由于蓝色激光到达荧光片的光路是从外围进入主透镜正上方，光路轨迹长，导致器件的结构庞大，成本增加，应用范围缩小。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种无损白光激光器照明系统及装置，旨在解决现有技术中的光学照明结构体积较大，光路轨迹长、反射面光路多导致较多的白光中心光强降低，光能损失的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种无损白光激光器照明系统及装置，包括第一光学组件和第二光学组件，第一光学组件包括激光器、聚光透镜，第一光学组件用于产生第一光路；

第二光学组件包括主透镜、荧光片和设置于主透镜内部的内反光镜面，内反光镜面用于接收第一光路，并将第一光路反射至荧光片，荧光片将接收到的第一光路通过主透镜射出第二光路；

第一光路为激光光路，第二光路为白光光路。

在其中一个实施例中，荧光片用于将激光的波长转换为更长的光波长；消除激光的相干波长，并转换成为非相干波，部分没有转换成长波长的蓝光和长波长的光，组合成为非相干可见白光，并成朗伯尔形状从荧光片正面发射，其背面设有高反射介质、银或其他反射物质以提升正面出光的效率。

主透镜将具有朗伯尔形状的可见光束收缩至5-150度之间光束角的可见光束射出。

在其中一个实施例中，激光器为波段为430nm至475nm的蓝色激光器。

一种内部设有无损白光激光器照明系统的装置，它包括外壳主体和设置于外壳主体内部的光学照明组件，光学照明组件包括设置于外壳主体内部一侧的激光器，激光器一侧对应设置有聚光透镜，聚光透镜一侧对应设置有第一光扩散片，第一光扩散片一侧设有主透镜，主透镜内部一侧设有内反光镜面，主透镜与第一光扩散片相对一面中部设有荧光片，其中，激光器、聚光透镜、第一光扩散片和内反光镜面的入光部分位于同一条直线上，且内反光镜面的反射面朝向与荧光片对应，主透镜一侧依次设有第二光扩散片和大透镜。

在其中一个实施例中，外壳主体一侧设有散热安装底座，散热安装底座一侧通过第一紧固件安装有与外壳主体连接的定位销，另一侧内部设有线路板，且于散热安装底座对应线路板处通过焊锡与激光器连接。

在其中一个实施例中，线路板底部通过第二紧固件与散热安装底座连接。

在其中一个实施例中，聚光透镜与第一光扩散片通过透镜架体固定于外壳主体内部一侧设置的第三紧固件上。

在其中一个实施例中，主透镜一侧与外壳主体内部连接处设有波纹弹簧。

在其中一个实施例中，荧光片与外壳主体内部通过胶水或导热粘结材料粘合连接。

在其中一个实施例中，内反光镜面与主透镜为一体成型结构，且内反光镜面的反射面成型通过附着于主透镜反射面上的高反光介质或金属反射材料。

本发明的有益效果如下：

激光的光损失小、中心光强高：

激光器的激光，经过聚光透镜，射入到主透镜内部，只经过一个内部反射镜面，比现有反射式白光激光器的方案，减少了一道反光镜面的光损失。提升了8～10％光效。同时，反射镜安排在透镜的侧面，无阻挡白光中心光的出射。减少了光能最集中的中心光路上的光能损失。提高了白光的中心光强，充分发挥了激光照明中心光强高的特点。

结构简单紧凑：

没有采用多反射镜方案和光路走主透镜外围的方式，而采用激光从主透后侧射入主透镜，主透镜兼任了反射镜和白光主透镜的作用。所以本发明的光路路径很短，使得白光激光器的结构紧密，体积小。所以结构简单，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明中的外壳主体与散热安装底座整体结构示意图。

图2为本发明中的光学照明组件剖面结构示意图。

图3为本发明中的外壳主体内部各组件结构剖面示意图。

图4为本发明中的光学照明组件结构示意图。

图5为本发明中的光路走向示意图。

图6为本发明中的外壳主体与散热安装底一侧剖面示意图。

【主要部件/组件附图标记说明表】

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(例如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定状态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明中各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例1：

参照图1～图6，一种无损白光激光器20照明系统，包括第一光学组件和第二光学组件，第一光学组件包括激光器20、聚光透镜21，第一光学组件用于产生第一光路；

第二光学组件包括主透镜23、荧光片24和设置于主透镜23内部的内反光镜面25，内反光镜面25用于接收第一光路，并将第一光路反射至荧光片24，荧光片24将接收到的第一光路通过主透镜23射出第二光路；

第一光路为激光光路，第二光路为白光光路。

为了提升白光出光功率，光学照明组件2可有一组或多组组成。可以以白光激光器20的轴中心线对称分布。白光激光照明装置中的激光器20出射蓝色激光，其波段为430nm至475nm。白光激光照明装置中的激光束控制光学组件，包括聚光透镜21、光学扩散片、透镜架体34和紧固件，其中聚光透镜21由自由曲面的单面(平凸透镜)或双面凸透镜组成；其中光学扩散片由透明材料做基材，其一面经过蚀刻、喷砂等某种方式进行雾化处理，使扩散片对穿过过其表面的光进行具有设定的如0.5-6度的半扩散角的扩散。白光激光照明装置中的波长转换装置，由荧光材料、反光材料、胶水或导热粘结材料36和支撑荧光片24的主体构成：其中荧光材料包括含有波长转换功能的陶瓷荧光片24、玻璃荧光片24、荧光粉硅胶膜、或荧光粉玻璃混合物；其中反光材料包括镀在陶瓷荧光片24、玻璃荧光片24背面上的反光膜如镀银或高反介质，或坐落在上面的反光基板如镜面银基板或镜面铝基板等。大透镜27由自由曲面的单面(平凸透镜)或双面凸透镜组成；其中光学扩散片由透明材料做基材，其一面经过蚀刻、喷砂等某种方式进行雾化处理，使扩散片对穿过过其表面的光进行具有设定的如0.5-6度的半扩散角的扩散；其中主透镜23由带有侧边内反射镜的自由曲面透镜组成。白光激光照明装置中，白光激光照明装置中的透明材料材料由玻璃、石英材料或其他耐高温的透明光学材料组成。

激光器20发出的峰值为430nm至475nm波段之间某一峰值的蓝光激光束，在空气中旅行照射到聚光透镜21，出射激光光束在空气中呈收敛状向前旅行。聚光透镜21的光学参数和性能，如焦距等，需根据激光束到荧光片24的距离以及落在荧光片24上的激光光斑大小来确定。激光束进一步旅行到第一光扩散片22上。第一光扩散片22起到均匀激光束光强的作用，使得落到荧光片24上的激光光斑各个部位的单位面积上的光强均匀一致。光斑半扩散角按需要可选0.5度至6度之间的值。激光束的下一步旅行照射到主透镜23上。主透镜23是本发明的透镜，同时具有聚光功能和反射功能。激光束在空气中从主透镜23的入射面入射进入主透镜23透明体，在透明体内旅行到透镜侧边的内反光镜面25上，经过内反光镜面25的全反射，激光光路改变方向。内反射镜由内反射面外部镀上反射介质，如银、铝、介质等形成内全反射镜，全反射镜可以是平面镜，也可以是曲面镜以进一步控制光束的收敛或发散。经过内反射镜改变方向的激光束，朝荧光片24方向旅行。激光束穿出主透镜23体的入射面进入空气中，最终照射到波长转换装置的荧光片24上。

实施例2：

参照图2～图4，优选地，荧光片24用于将激光的波长转换为更长的光波长；消除激光的相干波长，并转换成为非相干波，部分没有转换成长波长的蓝光和长波长的光，组合成为非相干可见白光，并成朗伯尔形状从荧光片24发射，

主透镜23将具有朗伯尔形状的可见光束收缩至5-150度之间光束角的可见光束射出。

荧光片24内的荧光粉，具有转换波长功能，将激光的波长，转换成更长的光波长。

并且，消除相干波长。激光的相干波，在转换过程中，被转换成为非相干波。最终，部分没有转换成长波长的蓝光，和长波长的光，组合成为非相干可见白光。并成朗伯尔形状从荧光片24发射。

在转换过程中，除了转换成更长波长的光能外，还有部分的能量，被转换成热能。其中荧光粉转换过程中产生的热能，被荧光片24底部的具有散热功能的主体导出，通过散热体向结构件外部扩散。

朗伯尔形状的可见光，在空气中旅行至具有聚光功能的自由曲面的主透镜23。主透镜23把具有朗伯尔形状的可见光束，收缩至5-150度之间光束角的可见光束。

参照图，优选地，激光器20为波段为430nm至475nm的蓝色激光器20。

参照图1～图6，一种内部设有无损白光激光器20照明系统的装置，它包括外壳主体1和设置于外壳主体1内部的光学照明组件2，光学照明组件2包括设置于外壳主体1内部一侧的激光器20，激光器20一侧对应设置有聚光透镜21，聚光透镜21一侧对应设置有第一光扩散片22，第一光扩散片22一侧设有主透镜23，主透镜23内部一侧设有内反光镜面25，主透镜23与第一光扩散片22相对一面中部设有荧光片24，其中，激光器20、聚光透镜21、第一光扩散片22和内反光镜面25的入光部分位于同一条直线上，且内反光镜面25的反射面朝向与荧光片24对应，主透镜23一侧依次设有第二光扩散片26和大透镜27。

在主透镜23前端，加置了第二光扩散片26，以均匀白光光斑，消除可能产生的杂光，如荧光片24被激光照射不均匀产生的黄斑光、激光在荧光片24上的部分反射光等。

最终，5-150度之间光束角的可见光束旅行至最外端的大透镜27，被其收敛至近似平行光的0.5～3度之间的光束角。

其中激光器20工作中产生的热，被散热体有效的扩散至整个散热体最底端表面。进一步地被白色激光器20外围的用户的散热片扩散。

激光器20的中的光学透明零件由玻璃、石英材料或其他耐高温的透明光学材料组成。并且，表面都镀有减少光反射损失的增透膜。

参照图3、图6，优选地，外壳主体1一侧设有散热安装底座10，散热安装底座10一侧通过第一紧固件30安装有与外壳主体1连接的定位销38，另一侧内部设有线路板，且于散热安装底座10对应线路板处通过焊锡37与激光器20连接。

参照图3，优选地，线路板33底部通过第二紧固件31与散热安装底座10连接。

参照图3，优选地，聚光透镜21与第一光扩散片22通过透镜架体34固定于外壳主体1内部一侧设置的第三紧固件32上。

参照图3，优选地，主透镜23一侧与外壳主体1内部连接处设有波纹弹簧35。

参照图3，优选地，荧光片24与主透镜23通过胶水或导热粘结材料36粘合连接。

参照图2、图3，优选地，内反光镜面25与主透镜23为一体成型结构，且内反光镜面25的反射面成型通过附着于主透镜23反射面上的高反光介质或金属反射材料。

本发明的工作原理如下：

激光器20的激光，经过聚光透镜21，射入到主透镜23内部，只经过一个内反光镜面25，比现有反射式白光激光器20的方案，减少了一道反光镜面的光损失。提升了8-10％光效。同时，内反光镜面25安排在透镜的侧面，无阻挡白光中心光的出射。减少了光能最集中的中心光路上的光能损失。提高了白光的中心光强，充分发挥了激光照明中心光强高的特点。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。