便携式照明设备、移动机器及具有照明设备的移动机器的制作方法

本技术涉及便携式照明设备、移动机器及具有照明设备的移动机器。

背景技术：

1、19世纪末，托马斯·爱迪生发明了灯泡。在过去十年中，固态照明由于其优于传统照明技术的几个关键优势，而变得愈发重要。例如激光二极管(ld)的替代固态激光光源由于其窄光谱，而能够实现高效光谱过滤、高调制率和短载流子寿命；与发光二极管(led)相比，替代固态激光光源的尺寸更小且表面亮度更高，因此能够更优选地作为可见光源。

技术实现思路

1、本实用新型提供了一种便携式照明设备，其特征在于，被配置为利用可见光发射和红外光发射来进行照明，所述便携式照明设备包括：第一泵浦光设备，配置有光腔，所述光腔包括设置在封装中的光波导区域和一个或多个端面区域；所述第一泵浦光设备包括至少一个含镓氮的激光二极管，所述含镓氮的激光二极管被配置为通过至少一个所述端面区域输出以第一峰值波长为特征的定向电磁辐射；第一波长转换器，被配置在所述封装中的路径中，以接收所述定向电磁辐射，并且被配置为将所述定向电磁辐射中的至少一部分的所述第一峰值波长至少转换成比所述第一峰值波长更长的第二峰值波长，并且生成至少包括所述第二峰值波长的白色发射；第二泵浦光设备，配置有在所述封装上的红外发射激光二极管，以在所述路径中提供红外电磁辐射；紧凑型外壳构件，具有：表面结构，包围所述第一泵浦光设备、所述第一波长转换器和所述第二泵浦光设备；以及前孔径，被配置为输出所述白色发射和/或所述红外电磁辐射；电源，被包围在所述紧凑型外壳构件中；以及充电端口，设置在所述表面结构处；光束成形器，被配置为准直或投射从所述前孔径输出的所述白色发射和/或所述红外电磁辐射。

2、一方面，所述含镓氮的激光二极管被配置为发射所述定向电磁辐射，所述定向电磁辐射的特征在于具有在390nm到420nm的紫色波长区域中或者在420nm到480nm的蓝色波长区域中的所述第一峰值波长。

3、一方面，所述第一波长转换器的特征在于采用反射模式操作，使得来自所述第一泵浦光设备的具有所述第一波长的所述定向电磁辐射入射到所述第一波长转换器的激发表面上；并且其中，从同一激发表面发射来自所述波长转换器的具有所述第二峰值波长的所述定向电磁辐射的初级发射。

4、一方面，所述第一波长转换器光学耦接到所述路径，以从所述第二泵浦光设备中的所述红外发射激光二极管接收所述红外电磁辐射，其中，所述第一波长转换器被配置为以最小吸收来反射和/或散射所述红外电磁辐射；并且其中，所述红外电磁辐射和所述白色发射在同一空间领域内重叠。

5、一方面，所述第一波长转换器的特征在于采用透射模式操作，使得来自所述第一泵浦光设备的具有所述第一波长的所述定向电磁辐射入射到所述第一波长转换器的激发表面上；并且其中，来自所述第一波长转换器的具有第二峰值波长的所述定向电磁辐射的初级发射从发射表面发射，其中，所述发射表面位于与所述激发表面相反的一侧上。

6、一方面所述第一波长转换器光学耦接到所述路径，以从所述第二泵浦光设备接收所述红外电磁辐射，其中，所述第一波长转换器被配置为以最小吸收来透射和/或散射所述红外电磁辐射；并且其中，所述红外电磁辐射和所述白色发射在同一空间领域内重叠。

7、一方面，所述第一波长转换器由磷光体材料构成；并且其中，所述磷光体材料由掺杂有ce的陶瓷的钇铝石榴石、或掺杂有ce的单晶钇铝石榴石、或包括粘合剂材料的粉末状钇铝石榴石组成；并且其中，所述磷光体材料具有至少每光瓦50流明的光学转换效率。

8、一方面，所述红外发射激光二极管被配置为发射所述红外电磁辐射，所述红外电磁辐射的特征在于具有范围从700nm到1100nm的波长、范围从1100到2500nm的波长、或范围从2500nm到15000nm的波长。

9、一方面，所述红外发射激光二极管基于包括gaas、inp、ingaas、inas、inalas、algaas、alingap、ingaasp或ingaassb或以上各项的某种组合的材料系统。

10、一方面，所述红外发射激光二极管：基于带间电子-空穴重组；或者基于以带内或带间跃迁进行操作的量子级联激光二极管；或者基于边缘发射腔体设计或垂直腔体发射设计。

11、一方面，便携式照明设备还包括散热器，所述散热器与内部结构固定，以支撑所述封装。

12、一方面，在激光封装中使用用于所述含镓氮的激光二极管和所述红外发射激光二极管的封装，所述激光封装选自to罐型、扁平封装型或蝶形。

13、一方面，所述光束成形器包括选自下列中的一个光学元件或多个光学元件的组合：慢轴准直透镜、快轴准直透镜、非球面透镜、球透镜、全内反射器光学器件、抛物面透镜光学器件、折射光学器件、以及微机电系统反射镜，以被配置为引导、准直、聚焦所述白色发射和/或所述红外电磁辐射以至少修改所述白色发射和/或所述红外电磁辐射的角度分布。

14、一方面，便携式照明设备还包括与所述前孔径组合的光束转向单元，所述光束转向单元至少包括全内反射器光学器件和透镜，以用于投射所述白色发射的定向光束或者单独投射光束角不大于2度的红外电磁辐射的定向光束。

15、一方面，便携式照明设备还包括开关，所述开关设置在所述紧凑型外壳构件的所述表面结构上并且耦接到所述紧凑型外壳构件中的所述电源，并且所述开关被配置为单独地激活所述第一泵浦光设备以用于基于所述白色发射的可见照明、或者单独地激活所述第二泵浦光设备以用于基于所述红外电磁辐射的红外照明、或者激活所述第一泵浦光设备和所述第二泵浦光设备两者以用于双重检测。

16、一方面，便携式照明设备还包括脉冲发生器，所述脉冲发生器设置在固定在内部结构中的印刷电路板组件上，以用于驱动所述定向电磁辐射和/或所述红外电磁辐射以生成用于深度感测的脉冲信号。

17、一方面，所述光束成形器包括紧邻所述前孔径设置的光传输元件，所述光传输元件将携带所述脉冲信号的所述白色发射和/或红外发射传输到关注目标；其中，所述便携式照明设备还包括紧邻所述前孔径设置的检测器，所述检测器检测从所述关注目标返回的所述脉冲信号以推断深度信息。

18、一方面，便携式照明设备还包括可见光通信功能，所述可见光通信功能包括调制器，以基于输入数据来调制从所述第一泵浦光设备发射的所述定向电磁辐射，从而生成数据信号并且传输携带所述数据信号的所述白色发射的光束。

19、一方面，所述电源包括可再充电电池，所述可再充电电池包括具有过充电保护、过放电保护和短路保护并且包括负温度系数保护的电路。

20、一方面，所述充电端口包括用于对可再充电电池进行充电的usb型端口。

21、本实用新型提供了一种移动机器，选自汽车、船、摩托车、无人机和机器人，所述移动机器包括根据上文所描述的便携式照明设备。

22、本实用新型提供了一种具有照明设备的移动机器，所述照明设备包括：第一泵浦光设备，配置有光腔，所述光腔包括设置在封装中的光波导区域和一个或多个端面区域；所述第一泵浦光设备包括至少一个含镓氮的激光二极管，所述含镓氮的激光二极管被配置为通过至少一个所述端面区域输出以第一峰值波长为特征的定向电磁辐射；第一波长转换器，被配置在所述封装中的路径中，以接收所述定向电磁辐射，并且被配置为将所述定向电磁辐射中的至少一部分的所述第一峰值波长至少转换成比所述第一峰值波长更长的第二峰值波长，并且生成至少包括所述第二峰值波长的白色发射；第二泵浦光设备，配置有在所述封装上的红外发射激光二极管，以在所述路径中提供红外电磁辐射；紧凑型外壳构件，具有：表面结构，包围所述第一泵浦光设备、所述第一波长转换器和所述第二泵浦光设备；以及前孔径，被配置为输出所述白色发射和/或所述红外电磁辐射；电源，被包围在所述紧凑型外壳构件中；以及充电端口，设置在所述表面结构处；光束成形器，被配置为准直或投射从所述前孔径输出的所述白色发射和/或所述红外电磁辐射。

23、本实用新型提供一种便携式装置，该便携式装置配置有位于表面安装设备中的、基于含镓氮的激光二极管的白光和/或红外(ir)照明源。由于能够发射可见光谱和红外光谱两者中的光，该便携式装置可选地是双波段发射光源，其中，该双波段的任一个或两者都应用于测距和/或光通信。在一些实施方式中，含镓氮的激光二极管是利用转移含镓氮的层的工艺及其制造方法和其用途制作的。在一些实施方式中，该便携式装置包括外壳，该外壳被配置为紧凑型、便携式或手持式封装，该外壳包含控制器/驱动器、传输器和传感器/检测器，以形成反馈回路，该反馈回路可激活红外照明源和/或基于激光的白光照明源、基于某些输入数据调制从这些源传输出的光信号并检测当场返回的光信号，以用于各种应用。仅通过示例，本实用新型提供集成智能激光照明设备和方法以及可见/红外光通信设备和方法，该集成智能激光照明设备配置有红外和可见照明能力以用于聚光照明、检测、成像、投影显示、空间动态照明设备和方法、测深、红外探测，以及以上各项的各种组合在通用照明、商业照明与显示、汽车照明与通信、国防与安全、搜索与救援、工业加工、互联网通信、农业或园艺中的应用。根据本实用新型的便携式集成光源可被小型化，以将这些功能合并到手电筒、手持照明源或安全光源或搜索光源或防御光源、以及光保真(lifi)通信设备或用于园艺目的以优化植物生长的设备中或许多其他应用。

24、在一个方面中，本实用新型提供含镓氮的激光二极管在被配置用于ir照明的照明系统中的新颖用途和配置，该含镓氮的激光二极管可部署在双光谱聚光照明、成像、感测和搜索应用中。由于配置有基于激光的白光源和ir光源，本实用新型能够发射可见波段和ir波段两者中的光，并且被配置为选择性地在一个波段中操作或同时在两个波段中操作。该双波段发射源可部署在通信系统中，例如，可见光通信系统(例如li-fi系统)、具有使用光束成形元件(例如，mems扫描镜或数字光处理单元)的静态或动态空间图案化且使用照明和显示的融合的通信以及由集成传感器反馈触发的通信。本实用新型的具体实施方式采用转移含镓氮的材料的工艺来制作激光二极管或其他含镓氮的设备，从而能够获得优于传统制作技术的益处。

25、本实用新型被配置用于可见光发射和ir光发射两者。虽然可见光的必要性和实用性被清楚理解，但是通常期望提供不可见的照明波段。在一个示例中，ir照明用于夜视。夜视或ir检测设备在私营企业和市政或政府部门的防御、安全、搜索与救援和娱乐活动中发挥着关键作用。通过提供在无环境光条件或低环境光条件下看清事物的能力，夜视技术被广泛应用于消费者市场，以用于若干应用，包括狩猎、游戏、驾驶、定位、检测、个人防护等等。无论是通过生物手段还是通过技术手段，夜视和ir检测都是通过足够光谱范围和足够强度范围的组合实现的。这种检测可用于二维成像、或诸如测距的三维距离测量或诸如lidar的三维成像。

26、在一个方面中，本实用新型提供一种便携式光源，该便携式光源被配置为发射基于激光的可见光(例如，白光)和红外光，以形成能够提供可见照明和ir照明的照明源。该便携式光源包括被包围在外壳结构中的紧凑型电源，该外壳结构被配置为与手持手电筒一样小。该便携式光源包括设置在外壳中的集成印刷电路板组件，以用于驱动配置有光腔的、含镓氮的激光二极管激发源。该光腔包括光波导区域和一个或多个端面区域。光腔配置有电极以便向含镓氮的材料提供第一驱动电流。第一驱动电流向在含镓氮的材料的光波导区域中传播的电磁辐射提供光学增益。通过一个或多个端面区域中的至少一个输出电磁辐射，作为以紫外、蓝色、绿色或红色波长范围内的第一峰值波长为特征的定向电磁辐射。此外，该光源包括例如磷光体构件的波长转换器，该波长转换器光学耦接到路径，以从激发源接收定向电磁辐射。该波长转换器被配置为将定向电磁辐射中的至少一部分的第一峰值波长转换为至少比第一峰值波长更长的第二峰值波长。在优选实施方式中，该输出由具有形成根据本实用新型的基于激光的可见光谱分量的至少第二峰值波长和部分第一峰值波长的白色光谱构成。在一个示例中，第一峰值波长是蓝色波长，并且第二峰值波长是黄色波长。可选地，该光源包括光束成形器，该光束成形器被配置为引导白色光谱以照射目标或关注领域。

27、在一个优选实施方式中，本实用新型提供一种双波段发射光源，该双波段发射光源包括ir发射激光二极管或发光二极管，以形成基于激光的除白光发射分量以外的ir发射分量。ir发射激光二极管包含光腔，该光腔配置有电极以提供第二驱动电流。第二驱动电流向在光波导区域中传播的ir电磁辐射提供光学增益。通过一个或多个端面区域中的至少一个输出电磁辐射，作为以ir范围内的第三峰值波长为特征的定向电磁辐射。在一个配置中，定向ir发射光学耦接到波长转换器构件，使得波长转换器构件在ir发射的光学路径内，以接收来自激发源的定向电磁辐射。一旦入射到波长转换器构件上，具有第三峰值波长的ir发射将至少部分地从波长转换器构件反射，并被重新引导至与具有第一峰值波长和第二峰值波长的白光发射相同的光学路径中。ir发射将通过可选光束成形器引导，该光束成形器被配置为引导输出的ir光，以用于照射与可见光大致相同的目标或关注领域。在该实施方式中，第一驱动电流和第二驱动电流可被单独激活，使得该装置可提供仅具有激活的第一驱动电流的可见光源、具有激活的第二驱动电流的ir光源提供或者可同时提供可见光源和ir光源两者。在某些应用中，期望的是，仅使用ir照明源来进行ir检测。一旦检测到物体，就可激活可见光源。

28、仅通过示例，本实用新型可应用于以下应用，例如，白色照明、白点照明、手电筒、汽车前照灯、全地形车辆照明、用于诸如骑自行车、冲浪、跑步、赛跑、划船的娱乐运动的光源、用于无人机、飞机、机器人的光源、其他移动或机器人应用、防御应用中的安全、防范措施、多色照明、用于平板、医疗、计量、光束投影仪及其他显示器、高强度灯、光谱学、娱乐、电影院、音乐及音乐会的照明、分析欺诈检测和/或鉴定、工具、水处理、激光眩目器、目标锁定、通信、lifi、可见光通信(vlc)、感测、检测、距离检测、光探测和测距(lidar)、变换、运输、调平、固化及其他化学处理、加热、切割和/或切除、泵浦其他光学设备、其他光电设备及相关应用以及源照明等。根据本实用新型的集成光源可合并至汽车前照灯、普通照明源、安全光源、搜索光源、防御光源中，作为光保真(lifi)通信设备，以用于优化植物生长的园艺目的或许多其他应用。