远距离激光照明光学系统技术方案

本发明专利技术实施例提供了一种远距离激光照明光学系统，包括：激光发射模块、荧光物质和光束准直模块；激光发射模块包括多个蓝色激光二极管LD；多个LD中呈中心对称的任意两个LD的中心轴线与主轴均成预设夹角；荧光物质吸收激光光束中的第一部分光束产生黄色荧光光束；在距光束准直模块预设距离处可实现均匀光斑覆盖。通过采用呈中心对称的任意两个中心轴线与系统主轴具有预设角度的阵列LD作为光源，置于光束准直模块的焦平面上，使各不同传输方向的激光光束的光斑可以恰好在预设距离处均匀覆盖荧光光束的光斑，合成白光达到照明效果，可以实现远距离照明，且效率高，解决现有技术中远距离白光输出不均匀的缺点，而且不会损害人眼健康。

【技术实现步骤摘要】
远距离激光照明光学系统
本专利技术实施例涉及激光应用
，更具体地，涉及远距离激光照明光学系统。
技术介绍
近年来，发光二极管(LightEmittingDiode，LED)广泛应用于照明行业，但LED光源仍存在一些不足，这是由于LED随着驱动功率密度的增加会产生“效率骤降”现象，即驱动功率密度增加使得LED出光效率快速衰减，LED只有工作在较低的驱动功率密度下才能保证较高的电光转换效率，其电光转换效率仅为30％左右。为了使LED光源达到照明的光通量要求，需要同时使用多个LED组合而成，导致成本难以降低。而且，蓝光LED的光谱约为400-500nm，中心波长为450nm，谱线较宽，发出的光准直性较差，想要达到较高的蓝光利用效率，必须将荧光物质紧贴在蓝光LED的发光面上，如图1所示。图1中荧光物质12紧贴在蓝光LED光源11的发光面上，产生的蓝光激发荧光物质产生黄色荧光光束13。但是，当荧光物质12距离蓝光LED光源11的发光面较远时，则会造成大量的蓝光浪费。因此，现有技术中通常采用激光二极管(LaserDiode，LD)光源替代原有的LED光源，LD光源相比于LED光源，具有明显优势，例如：LD的电光转换效率为45％-55％，且没有“效率骤降”现象；LED的输出光通量约为100lm/W，而LD可达到170lm/W，且亮度更高，因此可通过提高单个LD的出光强度来降低光源成本。LD光源发热量更低，冷却系统简单，能耗仅为LED的一半；LD不仅具有很多LED的优点，而且亮度高、发光效率高、体积更小，在高电流密度下工作仍有较高的转换效率，能够保证照明光源的高效性及光色的稳定性；蓝光LD的线宽很窄，通常只有几个纳米，由于荧光物质的吸收光谱较窄，因此LD光源能更好地匹配荧光物质，达到较高的转换效率。与此同时，人眼对波长为430nm的光的吸收作用最强，使用LD光源能更有效地保护人眼健康；LD光源的能量密度高，能量集中，避免了蓝光浪费现象。目前使用LD进行白光照明主要有以下三种实现方法：1、采用三基色原理，使用红、绿、蓝三色激光混合合成白光；2、近紫外激光激发红、绿、蓝三基色荧光粉，混合输出白光；3、蓝光激光激发黄色荧光粉合成白光。采用单个蓝光LD光源激发黄色荧光物质产生白光的传统方法，由于荧光物质被激发后产生黄色光束，且黄色光束具有一定的发散角，LD光源发出的蓝光入射至荧光物质后未被荧光物质吸收的蓝光经荧光物质散射或透过荧光物质，并不能与全部的黄色光束进行合成产生白光，即透过荧光物质吸收的蓝光并不能覆盖全部的黄色光束的光斑，透过荧光物质的蓝光光束与黄色光束并不能完全重合，因此在远处并不能观察到均匀的白色光斑，而是中心白色、边缘黄色的渐变光斑，并不能实现良好的照明效果，而且容易对人眼健康产生威胁。
技术实现思路
为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本专利技术实施例提供了远距离激光照明光学系统。一方面，本专利技术实施例提供了一种远距离激光照明光学系统，包括：激光发射模块、荧光物质和光束准直模块；所述激光发射模块包括多个蓝光激光二极管LD；所述多个蓝光LD均设置在所述光束准直模块的焦平面上，所述多个蓝光LD在所述焦平面上呈中心对称的阵列排布，所述阵列排布的中心在所述系统的主轴上，所述中心上设置有一蓝光LD，所述中心上的蓝光LD的中心轴线与所述主轴重合；所述多个蓝光LD中呈中心对称的任意两个蓝光LD的中心轴线与所述主轴均成预设夹角；所述激光发射模块用于产生多束不同传输方向的蓝色的激光光束；所述荧光物质设置在所述系统的主轴上，所述荧光物质经所述激光光束照射，吸收所述激光光束中的第一部分光束产生黄色的荧光光束；所述光束准直模块用于对所述荧光光束进行准直；在距所述光束准直模块预设距离处，经所述光束准直模块准直后的所述荧光光束的光斑均匀被所述激光光束中除所述第一部分光束外的第二部分光束的光斑覆盖。优选地，所述多个蓝光LD中每个蓝光LD与所述荧光物质之间的光束传输方向上均设置有与每个蓝光LD对应的透镜；所述透镜用于准直对应的蓝光LD发出的光束，以减小对应的蓝光LD发出的光束入射至所述荧光物质时的发散角。优选地，所述透镜为非球面透镜，所述非球面透镜包括平面和非球面；所述平面一侧朝向与所述非球面透镜对应的蓝光LD。优选地，所述非球面的面型为椭圆曲面面型。优选地，所述系统还包括：电源供电模块，所述电源供电模块包括与所述多个蓝光LD中每个蓝光LD对应的驱动电路板；所述驱动电路板用于控制对应的蓝光LD的出光量，以使每个蓝光LD的出光量均相同。优选地，所述光束准直模块还用于改变所述第二部分光束中入射至所述光束准直模块的第三部分光束的传输方向，以使所述第三部分光束的传输方向与经所述光束准直模块准直后的所述荧光光束的传输方向相同。优选地，所述光束准直模块具体包括：反光杯和准直透镜；所述反光杯的中心轴线和所述准直透镜的主光轴均与所述主轴重合，所述准直透镜设置在所述反光杯的一倍焦距外；所述荧光物质设置在所述反光杯的焦点处，所述激光光束通过所述反光杯的较小开口入射至所述光束准直模块内，所述第一部分光束入射至所述荧光物质上；所述准直透镜用于对所述荧光物质靠近所述准直透镜一侧产生的部分荧光光束进行准直；所述反光杯用于对所述荧光光束进行准直，所述反光杯还用于改变所述第三部分光束的传输方向，以使所述第三部分光束的传输方向与经所述光束准直模块准直后的所述荧光光束的传输方向相同。优选地，所述光束准直模块具体包括：凹面镜和凸面镜；所述凹面镜、所述荧光物质和所述凸面镜均沿光束传输方向设置在所述系统的主轴上，且所述凹面镜和所述凸面镜分别关于所述主轴上下对称；所述凹面镜上与所述主轴的交点位置设置有预设开口，所述激光光束通过所述预设开口入射至所述光束准直模块内，所述第一部分光束入射至所述荧光物质上；所述荧光物质产生的所述荧光光束由所述凹面镜进行准直，或先后经过所述凸面镜和所述凹面镜进行准直。优选地，所述荧光物质为黄色荧光粉片，所述黄色荧光粉片吸收所述第一部分光束产生黄色荧光光束。优选地，所述多个蓝光LD的波长均为450nm本专利技术实施例提供的远距离激光照明光学系统，包括：激光发射模块、荧光物质和光束准直模块；激光发射模块包括多个蓝光激光二极管LD；所述多个蓝光LD均设置在所述光束准直模块的焦平面上，所述多个蓝光LD在所述焦平面上呈中心对称的阵列排布，所述阵列排布的中心在所述系统的主轴上，所述中心上设置有一蓝光LD，所述中心上的蓝光LD的中心轴线与所述主轴重合；所述多个蓝光LD中呈中心对称的任意两个蓝光LD的中心轴线与所述主轴均成预设夹角；所述激光发射模块用于产生多束不同传输方向的蓝色的激光光束；荧光物质设置在系统的主轴上，荧光物质经激光光束照射，吸收激光光束中的第一部分光束产生黄色的荧光光束；光束准直模块用于对荧光光束进行准直；在距光束准直模块预设距离处，经光束准直模块准直后的荧光光束的光斑均匀被激光光束中除第一部分光束外的第二部分光束的光斑覆盖。通过采用呈中心对称的任意两个中心轴线与系统主轴具有预设角度的阵列蓝光LD作为光源，置于光束准直模块的焦平面上，使各不同传输方向的激光光束的光斑可以恰好在预设距离处均匀覆盖荧光光束的光斑，合成白光达到照明效果，可以实现远距离照明，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种远距离激光照明光学系统，其特征在于，包括：激光发射模块、荧光物质和光束准直模块；所述激光发射模块包括多个蓝光激光二极管LD；所述多个蓝光LD均设置在所述光束准直模块的焦平面上，所述多个蓝光LD在所述焦平面上呈中心对称的阵列排布，所述阵列排布的中心在所述系统的主轴上，所述中心上设置有一蓝光LD，所述中心上的蓝光LD的中心轴线与所述主轴重合；所述多个蓝光LD中呈中心对称的任意两个蓝光LD的中心轴线与所述主轴均成预设夹角；所述激光发射模块用于产生多束不同传输方向的蓝色的激光光束；所述荧光物质设置在所述系统的主轴上，所述荧光物质经所述激光光束照射，吸收所述激光光束中的第一部分光束产生黄色的荧光光束；所述光束准直模块用于对所述荧光光束进行准直；在距所述光束准直模块预设距离处，经所述光束准直模块准直后的所述荧光光束的光斑均匀被所述激光光束中除所述第一部分光束外的第二部分光束的光斑覆盖。

【技术特征摘要】
1.一种远距离激光照明光学系统，其特征在于，包括：激光发射模块、荧光物质和光束准直模块；所述激光发射模块包括多个蓝光激光二极管LD；所述多个蓝光LD均设置在所述光束准直模块的焦平面上，所述多个蓝光LD在所述焦平面上呈中心对称的阵列排布，所述阵列排布的中心在所述系统的主轴上，所述中心上设置有一蓝光LD，所述中心上的蓝光LD的中心轴线与所述主轴重合；所述多个蓝光LD中呈中心对称的任意两个蓝光LD的中心轴线与所述主轴均成预设夹角；所述激光发射模块用于产生多束不同传输方向的蓝色的激光光束；所述荧光物质设置在所述系统的主轴上，所述荧光物质经所述激光光束照射，吸收所述激光光束中的第一部分光束产生黄色的荧光光束；所述光束准直模块用于对所述荧光光束进行准直；在距所述光束准直模块预设距离处，经所述光束准直模块准直后的所述荧光光束的光斑均匀被所述激光光束中除所述第一部分光束外的第二部分光束的光斑覆盖。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个蓝光LD中每个蓝光LD与所述荧光物质之间的光束传输方向上均设置有与每个蓝光LD对应的透镜；所述透镜用于准直对应的蓝光LD发出的光束，以减小对应的蓝光LD发出的光束入射至所述荧光物质时的发散角。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述透镜为非球面透镜，所述非球面透镜包括平面和非球面；所述平面一侧朝向与所述非球面透镜对应的蓝光LD。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述非球面的面型为椭圆曲面面型。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：电源供电模块，所述电源供电模块包括与所述多个蓝光LD中每个蓝光LD对应的驱动电路板；所述驱动电路板用于控制对应的蓝光LD的出光量，以使每个蓝光LD的出光量均相...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘友强，赵帆，曹银花，王智勇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11