用于本质安全激光源照明的方法及设备技术

在所描述的实例中，一种用于照明的系统(200)包含：激光照明源(210)，其经配置以传输激光束(230)；分色镜(212)，其与所述激光照明源(210)间隔并且具有经配置以允许所述激光束(230)穿过所述分色镜(212)的孔，所述分色镜(212)的其余表面经配置以反射所述激光束(230)；磷光体元件(218)，其与所述分色镜(212)间隔并涂覆有在被所述激光束(230)击中时发出荧光的物质，并且经配置以分散所述激光束(230)并输出包含荧光及分散激光束的组合光(240)；及照明输出(250)，其经布置以接收来自所述磷光体元件(218)的所述组合光并输出含有所述荧光及所述分散激光束的照明光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于本质安全激光源照明的方法及设备
本专利技术大体上涉及激光照明系统，且更特定来说，涉及本质安全激光源照明。
技术介绍
交通工具发光系统具有两个基本用途。第一个用途是改进交通工具可见性，使得其它交通工具的其它驾驶员、行人或动物能够更容易地对交通工具的存在及运动有警觉。第二个用途是针对前向光(通常由头灯产生)照明交通工具前方的物体，因此交通工具的驾驶员可意识到所述物体的存在并有机会以避免与其相撞的方式操作交通工具。如果物体可预先在较远的地方被照明，那么可更快地安全驾驶交通工具。已发现使用激光作为其光源的头灯系统将发光投射到距离最近的竞争技术约两倍远的距离、少消耗30％到50％的电力，并且还发现所述头灯系统更为紧凑。一些汽车制造商(例如，宝马(BMW)及奥迪(Audi))已测试激光源的头灯，并已确认增加的照明距离，这增加了驾驶员安全驾驶交通工具的可能性。由于激光源头灯提供的好处，未来的实施方案对于大量照明应用来说是理想的，例如陆地、海上或空中的头灯及前灯。尽管激光源头灯的驾驶员可见性优势增强，但由于这些系统中的激光源而引起的安全隐忧仍然是问题。OSHA技术手册第3章第6节(https://www.osha.gov/dts/osta/otm/otm_iii/otm_iii_6.html)识别“高度准直”激光的各种有害效应，特别是引起可从“蓝色激光”发生的生物损伤。为解决这些安全问题，已实施多项工程控制措施，以防止在头灯系统外部暴露激光。常规安全系统经配置以在各种故障模式或操作情况下关闭常规照明系统中的激光源的电源。一些实例包含仅在交通工具速度超过例如40mph时使激光源起作用。此特征是在传统白炽头灯将用于照明高达40mph的速度下的交通工具前方物体的前提下促成的。在40mph以上的速度下，激光源头灯能够比传统头灯照明更远距离的物体。幸运的是，以40mph为特征，常规系统确保站在停放的交通工具旁边的人类或动物观察者无法凝视头灯组合件及将其眼睛暴露于激光。用于激光源照明系统的额外常规安全特征使用传感器或检测器来监测头灯束中的蓝色激光的量。如果检测到激光能量的不规则量，系统将中断激光电力。如果发生例如脱位镜、激光未对准、事故损坏等的故障，那么常规头灯系统可在前灯束中输出激光能量。在其它常规安全系统中，在发生碰撞的情况下，系统将中断到激光源的电力。这些常规方法中的每一者预期系统中的一些故障，且接着在事后做出动作以中断激光源的电力。然而，安全系统及其组件部分(包含传感器、ECU(电控制单元)及电力中断系统(通常为继电器))被假定处于正常工作状态，并且这些常规安全模式系统提供了额外故障源。在安全系统中的组件中的一者发生故障的情况下，防止激光从头灯源发射的能力将受到怀疑，并且那些可能性继续引起人眼或组织可能暴露于准直激光能量并可能因此受损伤的担忧。此外，在一些系统中，在低速下对非激光头灯的要求导致系统相对昂贵，并且驾驶员的额外可见性的益处限于高速公路或至少相对高速的情况。如下描述已经测试的现有的激光源头灯的实例。图1描绘常规技术激光源头灯组合件的俯视图。在100中，激光头灯组合件102含有三个蓝色激光二极管源110A、110B、110C。蓝色激光器可发射对于人眼来说是蓝色或紫色的光，例如波长范围为400到450纳米。举例来说，此类半导体二极管激光器被用在称为“蓝光”的光盘系统中。图1中的三个蓝色激光二极管源用于产生聚焦在镜112A、112B、112C上的准直蓝色激光130。来自激光源110A及110C的束经定位以在反射器114下方或上方行进。三个镜112A、112B及112C将激光束反射到位于最终透镜116后部的磷光体涂覆的反射元件118。当激光束照射磷光体元件时，磷光体发出荧光并产生明亮的黄光。蓝色激光束在过程中分散，并且当这些蓝色激光束与黄光组合时，经组合光能呈现为白光。此白光接着由反射器114重定向到前透镜116之外以提供照明。在蓝色激光被分散之后，从系统100发射的激光能量的强度降低到生物损伤的阈值以下，且因此减轻了准直激光的安全问题。激光束光从常规头灯组合件100逸出的机会可能发生在磷光体元件118上的磷光体涂层的部分或全部故障中。在此情况下，激光束中的部分或全部将不分散，并可作为准直激光重新引导出头灯。发射激光能量的另一机会是在反射镜112中的一者离开原位的情况下。在所述情况下，激光束将被向前引导。激光发射的另一机会可能是在磷光体元件离开原位的情况下。在所述情况下，常规头灯的激光束将不具有分散元件并且将指向前方。如果激光源110中的一或多者远离其反射镜112而被重新引导，那么可能发生最后一个实例故障模式，接着其准直激光束将指向头灯的前部。在如图1中的一者的常规头灯系统中，输出光150中的检测器156可用于监测光中激光能量的含量，接着在超过限制时，可中断到激光二极管110的电力。然而，高于生物安全阈值的激光能量将在传感器156检测到之前发射；并且系统100的安全性还取决于传感器的正确操作。举例来说，如果传感器156由于事故而丢失或损坏，那么到激光二极管110A到110C的电力可继续，并且可从头灯发射超过安全限制的准直激光能量。因此需要对例如在头灯及前灯中的激光源照明装置的安全性进行改进。改进激光源头灯使其本质安全，使得不需要额外传感器系统来停止或减少准直光逸出头灯壳体的机会，这对安全及行业有益并且增加激光源照明技术的社会接受度。
技术实现思路
在实例布置中，一种用于照明的系统包含：激光照明源，其经配置以发射激光束；分色镜，其与所述激光照明源间隔并且具有经配置以允许所述激光束行进通过所述分色镜的孔，所述分色镜的其余表面经配置以反射所述激光束；磷光体元件，其与所述分色镜间隔并涂覆有在被所述激光束击中时发出荧光的物质，并且经配置以分散所述激光束并输出包含荧光及分散激光束的组合光；及照明输出，其经布置以接收来自所述磷光体元件的所述组合光并输出含有所述荧光及所述分散激光束的照明光。附图说明图1描绘常规激光源头灯组合件的俯视图。图2描绘使用折叠光路径的实例实施例的本质安全激光照明系统的俯视图。图3A及3B各自描绘用于实例实施例中使用的本质安全激光照明系统的一对激光二极管阵列及分色镜的前视图。图4描绘具有实例偏移激光二极管阵列故障的图2的本质安全照明系统的另一俯视图。图5描绘具有缺失的黄色磷光体衬底故障的图2的本质安全照明系统的俯视图。图6描绘具有实例磷光体元件涂层故障的图2的本质安全照明系统的俯视图。图7描绘使用线性光路径的实例实施例的本质安全激光照明布置的另一实例的俯视图。图8A到8B各自描绘用于图7的本质安全激光照明系统布置的激光二极管阵列及分色镜的前视图。图9描绘具有实例偏移激光二极管阵列故障的图7的本质安全激光照明系统的俯视图。图10描绘具有实例磷光体涂层故障的图7的本质安全照明系统的另一俯视图。图11描绘说明创建本质安全照明系统的方法的流程图。具体实施方式除非另有指示，否则不同图式中的对应数字及符号通常指代对应部分。图式不一定按比例绘制。在此描述中，术语“耦合”不限于“连接”或“直接连接”，而是还可包含利用中间元件进行的连接，因此额外元件及各种连接可存在于“耦合”的元件之间。在本质安全激光照明系统中，不需要本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于照明的系统，其包括：多个激光照明源，经配置以发射激光束；分色镜，其与所述多个激光照明源间隔并且具有经配置以允许所述激光束穿过所述分色镜的孔，所述分色镜的其余表面具有经配置以反射所述激光束的反射表面；磷光体元件，其与所述分色镜间隔并涂覆有在被所述激光束击中时发出荧光的物质，并且经配置以分散所述激光束并输出包含荧光及分散激光束的组合光；及照明输出，其经布置以接收来自所述磷光体元件的所述组合光并输出含有所述荧光及所述分散激光束的照明光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.28 US 14/925,3281.一种用于照明的系统，其包括：多个激光照明源，经配置以发射激光束；分色镜，其与所述多个激光照明源间隔并且具有经配置以允许所述激光束穿过所述分色镜的孔，所述分色镜的其余表面具有经配置以反射所述激光束的反射表面；磷光体元件，其与所述分色镜间隔并涂覆有在被所述激光束击中时发出荧光的物质，并且经配置以分散所述激光束并输出包含荧光及分散激光束的组合光；及照明输出，其经布置以接收来自所述磷光体元件的所述组合光并输出含有所述荧光及所述分散激光束的照明光。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个激光照明源进一步包括激光二极管。3.根据权利要求2所述的系统，其中所述激光二极管进一步包括输出蓝光或紫光的激光二极管。4.根据权利要求2所述的系统，其中所述激光二极管输出波长在400纳米与460纳米之间的光。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述磷光体元件在被所述激光束击中时发出黄色荧光。6.根据权利要求5所述的系统，其中如果所述磷光体元件从其原始位置移位，那么所述激光束不被反射。7.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：所述分色镜与来自所述激光照明源的所述激光束的方向成角度；且所述磷光体元件将所述组合荧光及分散激光束反射回到所述分色镜；其中所述分色镜将来自所述磷光体元件的所述组合光反射到所述照明输出。8.根据权利要求1所述的系统，其中如果所述磷光体元件上的磷光体涂层脱位，那么所述磷光体元件的衬底将所述激光束直接反射回到所述分色镜中的所述孔，并且没有激光束被引导朝向所述输出。9.根据权利要求1所述的系统，其中如果所述激光照明源从所述原始位置移位，那么来自所述照明源的所述激光束击中所述分色镜的所述反射表面并且不进入所述孔。10.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括：聚光透镜及准直透镜，其位于所述分色镜与所述磷光体元件之间，所述聚光透镜及准直透镜经配置以将所述激光束聚焦到所述磷光体元件上。11.根据权利要求10所述的系统，其进一步包括：一组透镜，其位于所述磷光体元件与所述照明输出之间，并且经配置以对来自所述磷光体元件的所述组合光进行准直以用于输出所述光。12.根据权利要求11所述的系统，其中如果所述磷光体元件失去所述涂层，那么所述磷光体元件的衬底将所述激光束往回反射通过所述聚光透镜及所...

【专利技术属性】
技术研发人员：维克兰特·R·巴克塔，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US