激光照明装置及一种灯具的制作方法

1.本发明涉及照明技术领域，具体地说，涉及激光芯片发射的方形激光光斑穿过导光体后形成近似圆形光斑的激光照明装置。


背景技术：

2.随着激光照明技术的发展，激光装置的需求及应用越来越广泛。激光芯片以其高稳定性和体积小等优点逐步占领了激光光源的市场。但是激光芯片也因为自身的特性在推广应用中具有劣势。例如，激光芯片发射的激光在平行结平面方向是慢轴方向，垂直于结平面方向是快轴方向，激光芯片所发出的激光在快轴方向的发光角度与慢轴方向的发光角度不同，通常是快轴方向的发光角度大于慢轴方向的发光角度。快轴和慢轴发光角度的不同，导致激光芯片发出的激光最终形成长条形的光斑，该特性使得激光芯片实际的应用率不高，尤其是在照明领域中激光芯片作为光源的时候。必须对快轴和慢轴的角分布进行调整。
3.现有的激光装置调整上述角分布所采用的技术普遍结构复杂、体积大、成品率低、推广应用困难。如专利公开号cn104991347a公开了一种基于微透镜阵列的激光整形照明器，其包括了准直系统、微透镜阵列组及扩束系统，该专利需要准直系统、微透镜阵列组及扩束系统相配合，该专利的结构复杂、装配过程中校准困难、而且体积大、推广应用难度高。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，针对现有技术的不足，发明一种调整激光芯片所发出的方形激光的角分布的激光照明装置。
5.为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：激光照明装置，包括激光芯片，激光芯片包括发光区，发光区发射激光，发光区平行结平面方向为慢轴，垂直结平面方向为快轴，快轴的发光角度大于慢轴的发光角度，其特征在于：还包括导光体和波长转换装置，所述导光体为无机透明的圆柱，所述导光体的轴线与结平面的夹角为α，α＜30
°
；
6.激光穿过导光体侧面并且发生折射后发出折射光，所述波长转换装置设置在折射光的光路上，折射光在波长转换装置上形成折射光斑，所述折射光在慢轴方向依然是发散的，折射光斑在慢轴方向的长度为l1，所述折射光在快轴方向上发生汇聚，折射光斑在快轴方向的长度为l2，
7.作为上述技术方案的一种改进：还包括散射片，所述散射片设置在波长转换装置与导光体之间，所述波长转换装置为透射式荧光片。
8.作为上述技术方案的一种改进：还包括管壳，所述激光芯片封装在管壳内部，管壳一端设置有出射激光的出光口，所述出光口向管壳内凹形成凹槽，所述导光体固定设置在凹槽内。
9.作为上述技术方案的一种改进：还包括窗口玻璃，所述窗口玻璃覆盖在出光口上，所述导光体固定在窗口玻璃上。
10.作为上述技术方案的一种改进：还包括基板，所述激光芯片固定于基板表面，所述激光光轴沿着基板表面的方向延伸，所述导光体固定设置在基板上。
11.作为上述技术方案的一种改进：还包括用于改变折射光方向的反射镜，所述反射镜固定设置在基板表面，被反射镜反射的折射光形成反射光，所述波长转换装置设置在反射光的光路上。
12.作为上述技术方案的一种改进：所述导光体的轴线与结平面平行。
13.作为上述技术方案的一种改进：所述导光柱为光纤或玻璃柱。
14.作为上述技术方案的一种改进：所述激光芯片的满负荷发光功率为w，其中20＜n＜100。
15.由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本技术方案利用导光柱对发光区的快轴进行压缩整形，激光芯片封装在管壳内，导光柱固定设置在管壳内凹的出光口上，该结构缩小了激光照明装置的体积，增加了激光芯片的应用范围。
16.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
附图说明
17.图1是激光照明装置剖视图。
18.图2是激光照明装置剖视图。
19.图3是发光区与导光体的结构示意图。
20.图4是激光照明装置的原理图。
21.图5是激光照明装置另一种实施方式的剖视图。
22.图6是激光照明装置另一种实施方式的剖视图。
具体实施方式
23.实施例1：
24.激光芯片虽然以体积小、电能转化率高等优点在很多领域逐渐取代了传统的激光二极管。但是在激光显示与照明领域上，由于激光芯片所发出的激光存在一个发光角度大的快轴和一个发光角度小的慢轴，激光芯片所发出的激光在远场形成光斑的面分布为长条形，矩形光斑难以直接用于激光照明与显示领域。为了将能量转化率高、体积小的激光芯片应用到激光照明与显示领域中。如图 1-4所示，激光照明装置，包括激光芯片101，激光芯片101包括发光区102，发光区102发射激光121，发光区102平行结平面103方向为慢轴，垂直结平面 103方向为快轴，快轴的发光角度大于慢轴的发光角度，还包括导光体104和波长转换装置105，所述导光体104为无机透明的圆柱，当导光体104为圆柱的时候，激光121垂直于导光体104的轴线方向入射到导光体104内部的时候，首先会因为传播介质的不同发生折射，其次圆柱形的导光体104的外轮廓相当于一个凸透镜，会对入射的激光121进行收光，激光121沿着导光体104轴线方向上入射到导光体104仅仅发生折射。根据上述描述可知，导光体104在满足上述要求的基础上为了降低成本，一种优选的是实施方式是，所述导光柱104 为光纤或玻璃柱。光纤便于获得，玻璃柱的加工成本较低，因此光纤和玻璃柱是我们通常采用的导光柱104，我们熟知的无机透明圆柱还有很多，并不限于光纤和玻璃柱，所有无机透明
的圆柱均在本专利的保护范围，本实施例中不再一一列举。
25.增加导光柱104的根本目的就是对激光芯片101所发出的激光121在其快轴方向进行收光，减小激光121在快轴方向的发光角度，最终由导光体104出射的激光121所形成的光斑成为方形或近似方形。一种优选的实施方式是，所述导光体104的轴线与结平面103的夹角为α，α＜30
°
。当导光体104的轴线与结平面103夹角α＜30
°
的时候导光体104对激光芯片101所发出的激光 121在快轴方向的收光效果较好。
26.为了充分发挥导光体104在快轴方向对激光芯片101所发出激光121的收光能力，一种优选的实施方式是，所述导光体104的轴线与结平面103平行。导光体104的轴线与结平面103平行的时候，导光体104在快轴方向对激光芯片101所发出激光121的收光能力达到极限，此时收光效果最佳。
27.根据上述描述可知，导光体104在快轴方向上对激光芯片101所发出的激光121的发光角度进行调整，调整的目的就是使激光121所形成的的光斑在快轴方向和慢轴方向的长度相等或近似相等，激光121穿过导光体104侧面并且发生折射后发出折射光122，所述波长转换装置105设置在折射光122的光路上，折射光122在波长转换装置105上形成折射光斑，因为在慢轴方向上导光体104 不是弧面，在该方向上导光体104对激光121没有收拢、汇聚的作用，因此折射光122在慢轴方向依然是发散的，折射光斑在慢轴方向的长度为l1；又因为在快轴方向上导光体104是一个向外凸出的圆弧面，因此折射光122在快轴方向上发生汇聚，折射光斑在快轴方向的长度为l2，由于此时折射光122在慢轴方向上是发散的，在快轴方向是收拢、汇聚的，通过将波长转换装置105放置到适当位置，使得折射光斑在慢轴方向的长度l1和快轴方向的长度l2比值的取值范围在规定的范围内。如图4所示，波长转换装置105在区域b 内移动的时候l1和l2之间的比值范围在规定的范围，此时波长转换装置105位于理想的范围内。可以想象当波长转换装置105移动到区域c的时候，折射光斑在慢轴方向的长度会小于l1，折射光斑在快轴方向的长度会大于l2，此时l1和 l2之间的比值并不在我们所需求的范围内；可以想象当波长转换装置105移动到区域a的时候，折射光斑在慢轴方向的长度会大于l1，折射光斑在快轴方向的长度会小于l2，此时l1和l2之间的比值并不在我们所需求的范围内。通过分析可知，l1和l2之间的比值范围，限定的是波长转换装置105与发光区103之间的距离范围。
28.激光芯片101发光功率w已知的情况下，根据激光121穿过导光体104后在波长转换装置105上形成折射光斑的面积能够得到此时的能量密度n，所述激光芯片101的满负荷发光功率为w，其中20＜n＜100。当n超过100的时候能量密度太大，会导致波长转换装置105饱和或烧毁，当 n小于20的时候该激光照明装置不能满足使用需求。通常采用激光芯片101的满负荷发光功率w＝4，又因为20＜n＜100，所以0.04＜l1*l2＜0.2。
29.综上所述，20＜n＜100的技术特征推导出了l1*l2的取值范围，即折射光斑的面积。根据的技术方案推导过程可知，决定l1与l2之间的乘积和比值的决定因素均为发光区103到波长转换装置105之间的距离，所以发光区103到波长转换装置105之间的距离为本实施例的核心。
30.根据上述对能量密度n分析可知此时能量密度较大。其次，经过导光体104 后的激光121仍为矩形，在激光照明与显示中仍然不理想。一种优选的实施方式是，还包括散射片106，散射片106设置在波长转换装置105与导光体104之间，波长转换装置105为透射式荧光片。散射片106设置在波长转换装置105 与导光体104之间，散射片106对导光体104出射的折射光122起到散射的作用，避免折射光斑在波长转换装置105上形成的折射光斑能量密度过大而损坏波长转换装置105。其次，经过散射片106散射后的折射光122在波长转换装置 105上形成的折射光斑更趋近于圆形，更符合激光照明与显示领域的应用。
31.激光芯片101使用过程需要避免碰撞或挤压，需要保护激光芯片101。其次，激光芯片101所发出的激光121能量密度较高，遇到粉尘等小颗粒物容易被激光121点燃从而损坏激光芯片101。一种优选的实施方式是，还包括管壳107，所述激光芯片101封装在管壳107内部，管壳107一端设置有出射激光的出光口108，出光口108向管壳107内凹形成凹槽109，导光体104固定设置在凹槽 109内。为了对激光芯片101进行保护，激光芯片101通过to封装的方式封装在管壳107内，避免激光芯片101发生碰撞和挤压而损坏。导光体104固定设置在向管壳107内凹形成凹槽109的出光口108处，该结构使导光体104更加靠近激光芯片101，缩小了激光芯片101所发出的激光121的发散程度，导光体 104的直径也随着减小，成本降低。其次导光体104设置在凹槽109内，缩小了激光照明装置的体积，便于应用。
32.激光芯片101封装置在管壳107内，为了使激光芯片101所发出的激光121 出射到管壳107外，所以在管壳107上设置了出光口108，在管壳107上设置出光口108增加了小颗粒和粉尘进入管壳107内的风险。为了避免粉尘和小颗粒进入管壳107内部。一种优选的实施方式是，还包括窗口玻璃110，所述窗口玻璃110覆盖在出光口108上，所述导光体104固定在窗口玻璃110上。窗口玻璃110避免了小颗粒和粉尘进入管壳107内的同时，窗口玻璃110还可以固定导光体104，避免导光体104因为固定不牢固而影响折射光122在波长转换装置 105上形成的折射光斑的形状。
33.实施例2：
34.根据激光芯片的结构可知其散热是通过与结平面平行的侧面散热，实施例1 中激光芯片采用了to封装的方式封装在管壳内部，to封装的方式是将激光芯片立起来，激光芯片的散热面通过导热柱与基板进行热传导，该结构使to封装的激光芯片散热性能较差，不能长时间使用，激光芯片的使用寿命明显降低。其次，实施例1为了避免粉尘和小颗粒对激光芯片的影响，使用管壳将激光芯片封装在管壳内部。但是由管壳的出光口出射的激光仍然是能量密度比较高的激光，一旦在此空间内有粉尘或小颗粒等易燃物，同样会燃烧，影响到激光芯片的寿命。
35.本实施例公开了一种新的封装方式，避免了激光与粉尘和小颗粒等物品的接触机会。如图5和6所示，激光照明装置，与实施例1的区别在于，还包括基板211，所述激光芯片201固定于基板表面212，所述激光光轴沿着基板表面 212的方向延伸，所述导光体204固定设置在基板211上。激光芯片201固定在基板表面212的一侧即为激光芯片201散热的侧面，激光芯片201产生的热量直接传递到基板211，怎不增加产品成本的情况下，导热性能更好，激光芯片 201的使用寿命更长。
36.实施例1中激光芯片201采用to封装的根本目的是，使激光芯片201发出的激光221的光轴与基板表面212垂直，为了扭转激光芯片201所发出的激光 221。一种优选的实施方
式是，还包括用于改变折射光222方向的反射镜213，所述反射镜213固定设置在基板表面212，被反射镜213反射的折射光222形成反射光223，所述波长转换装置205设置在反射光223的光路上。该技术方案中，反射镜213将折射光222的发光方向扭转了90
°
，同样可以根据需要改变反射镜213与基板表面212之间的夹角来改变折射光222的发光方向。
37.激光芯片201所发出的激光221是发散的，将激光芯片201固定在基板表面212的时候基板表面212会遮挡激光芯片201所发出的部分激光221，影响使用效果。一种优选的实施方式是，在激光芯片201与基板表面212之间增加垫块215，垫块215采用导热系数高的材料，例如金属铜。激光芯片201设置发光区102的一端延伸到垫块215外。垫块215将激光芯片201垫高后，激光芯片 201所发出的激光221能够完全入射到导光体204内。
38.还包括封装壳体214，所述封装壳体214固定设置在基板211上，其中激光芯片201、反射镜213封装在封装壳体214内部。封装壳体214上设置有出光口 208，被反射镜213反射后形成的反射光223由出光口208出射，波长转换装置 205和散射片206均固定设置在出光口208处。波长转换装置205固定设置在封装壳体214的外侧，散射片206固定设置在封装壳体214内。
39.以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，所述内容为本发明的最佳实施方式，不能被用于限定本发明的保护范围。对于本领域技术人员而言，任何对该发明进行的等同修改和替代也都在本发明所要保护的范畴之中。