光投射装置及照明灯 |
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| 申请号 | CN201710829863.3 | 申请日 | 2017-09-15 | 公开(公告)号 | CN107388119A | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 佛山市南海区协隆电器有限公司; | 发明人 | 苏运清; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种光投射装置及照明灯，该光投射装置包括激 光源 单元、 波长 转换单元和反射单元，还包括与所述反射单元连接的第一调节单元以及与所述激光源单元连接的第二调节单元，所述第一调节单元调节所述反射单元的 位置 使其焦点位于所述波长转换单元处，同时所述第二调节单元调节所述激光源单元的位置使激光源单元发出的 激光束 的光轴经过所述反射单元的焦点。通过第一调节单元和第二调节单元分别调节反射单元和激光源单元的位置，使激光源单元出射的激光束的光轴与波长转换单元相交于所述反射单元的焦点，有效避免存在装配误差而导致激光束的投射 角 度、以及反射单元和波长转换单元的相对位置达不到设计要求的问题，大大提高了照明效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.光投射装置，包括激光源单元、波长转换单元和反射单元，其特征在于，还包括与所述反射单元连接的第一调节单元以及与所述激光源单元连接的第二调节单元，所述第一调节单元调节所述反射单元的位置使其焦点位于所述波长转换单元处，同时所述第二调节单元调节所述激光源单元的位置使激光源单元发出的激光束的光轴经过所述反射单元的焦点。 |
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| 说明书全文 | 光投射装置及照明灯技术领域[0001] 本发明涉及本发明涉及照明技术领域，具体涉及光投射装置及照明灯。 背景技术[0002] 随着半导体技术的发展，LED(Light Emitting Diode，发光二极管)光源因具有高效，节能，环保、成本低以及寿命长等优点，正逐步取代传统的白炽灯和节能灯，成为一种通用的照明光源。 [0003] 在现有的LED汽车大灯中，LED光源位于车灯反光碗的焦点处，LED光源出射的光束经车灯反光碗收集以及后端光学系统(包括挡板、透镜等)的配光，最终投射出所需要的远近光场分布。该种可以得到满足需求的汽车大灯近光的配光分布，然而在形成远光分布时，由于受到当前LED光源亮度的限制，通常存在中心照度明显不够的问题，在例如舞台灯光照明、汽车大灯、投影显示等需要超高亮度光源的应用领域，LED光源便难以满足要求了。 [0004] 针对上述问题，现有技术中提出一种激光照明灯，通过在车灯反光碗外侧设置激光源发射激光束并投射至车灯反光碗内侧的荧光材料上，激发出荧光并经过车灯反光碗反射后按指定方向出射，以形成在规定的立体角内行进的光束。而激光束的投射角度、以及车灯反光碗和荧光材料的相对位置都是固定的，即满足荧光材料相交于车灯反光碗内侧的焦点处，激光束透过车灯反光碗以一定角度投射到荧光材料上，然而由于实际应用中经常存在装配误差，从而导致激光束的投射角度、以及车灯反光碗和荧光材料的相对位置达不到设计要求，最终影响照明效果。 发明内容[0005] 本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种有效克服装配误差，提高照明效果光投射装置及照明灯。 [0006] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：光投射装置，包括激光源单元、波长转换单元和反射单元，还包括与所述反射单元连接的第一调节单元以及与所述激光源单元连接的第二调节单元，所述第一调节单元调节所述反射单元的位置使其焦点位于所述波长转换单元处，同时所述第二调节单元调节所述激光源单元的位置使激光源单元发出的激光束的光轴经过所述反射单元的焦点。 [0007] 进一步的，还包括安装基板，所述激光源单元、波长转换单元和反射单元设于所述安装基板上，所述第一调节单元和第二调节单元分别调节所述反射单元和激光源单元相对所述安装基板的位置。 [0008] 进一步的，所述激光源单元和波长转换单元分设于所述反射单元的两侧，所述反射单元上设有与所述激光束相适配的通光部。 [0009] 进一步的，所述激光源单元包括至少一个激光源、一个光路转折单元和一个聚焦单元，所述激光源发出的激光束依次经过所述光路转折单元和聚焦单元后透过所述反射单元并投射至所述波长转换单元上，所述第二调节单元连接所述激光源或所述光路转折单元或所述聚焦单元，调节所述激光源或所述光路转折单元的倾斜角度或调节所述聚焦单元的位置。 [0010] 进一步的，所述激光源单元通过第一支架固定于所述安装基板上，第一支架上设有用于固定所述激光源的第一固定件、用于固定所述光路转折单元的第二固定件以及用于固定所述聚焦单元的第三固定件，所述第一固定件、第二固定件或第三固定件与所述第一支架活动连接，所述第二调节单元连接所述第一固定件或第二固定件或第三固定件。 [0011] 进一步的，所述第二调节单元与所述第二固定件连接，包括若干第二调节螺丝和套设于所述第一调节螺丝上的第二弹性件，所述第二固定件上设有尺寸大于所述第二调节螺丝的贯通孔，所述第一支架上分别设有尺寸大于所述第二调节螺丝的螺丝孔和尺寸大于所述第二弹性件的限位孔，所述第二调节螺丝依次穿过所述第二固定件、第二弹性件后向下插入所述螺丝孔中。 [0012] 进一步的，所述反射单元底部向下凸设一固定块，所述安装基板上设有尺寸大于所述固定块的安装槽，所述固定块限位于所述安装槽内，所述第一调节单元设于所述安装槽与所述固定块之间，带动所述反射单元相对所述安装基板进行六自由度运动。 [0013] 进一步的，所述第一调节单元包括X向调节件、Y向调节件和Z向调节件，所述X向调节件包括至少一个压电陶瓷和至少一个弹性件，所述压电陶瓷和弹性件分别设于所述固定块沿X向的两侧，所述Y向调节件包括至少一个压电陶瓷和至少一个弹簧，所述压电陶瓷和弹簧分别设于所述固定块沿Y向的两侧，所述Z向调节件包括若干第一调节螺丝和套设于所述第一调节螺丝上的第一弹性件，所述固定板上设有与所述第一调节螺丝相适配的通孔，所述安装槽的底面上分别设有尺寸大于所述第一调节螺丝的螺孔和尺寸大于所述第一弹性件的限位孔，所述第一调节螺丝依次穿过所述固定板、第一弹性件后向下插入所述安装槽的螺孔中。 [0014] 进一步的，所述波长转换单元包括荧光层，所述荧光层通过一支撑底座固设于所述安装基板上，所述支撑底座包括一导热件和散热底座，所述安装基板上设有与所述导热件相适配的通孔，所述导热件下端固定于所述散热底座上，上端由下至上从所述通孔中穿出后与所述荧光层连接。 [0015] 本发明还提供照明灯，包括如上所述的光投射装置。 [0016] 本发明提供了一种光投射装置及照明灯，该光投射装置包括激光源单元、波长转换单元和反射单元，还包括与所述反射单元连接的第一调节单元以及与所述激光源单元连接的第二调节单元，所述第一调节单元调节所述反射单元的位置使其焦点位于所述波长转换单元处，同时所述第二调节单元调节所述激光源单元的位置使激光源单元发出的激光束的光轴经过所述反射单元的焦点。所述第一调节单元调节所述反射单元的位置使其焦点位于所述波长转换单元处，同时所述第二调节单元调节所述激光源单元的位置使激光源单元发出的激光束的光轴经过所述反射单元的焦点。从而保证激光源单元出射的激光束的光轴与波长转换单元相交于所述反射单元的焦点，有效避免存在装配误差而导致激光束的投射角度、以及反射单元和波长转换单元的相对位置达不到设计要求的问题，大大提高了照明效果。附图说明 [0017] 图1是本发明一具体实施方式中光投射装置的结构示意图；图2是本发明一具体实施方式中反射单元与安装基板的俯视图。 [0018] 图中所示：10、激光源单元；110、激光源；120、光路转折单元；130、聚焦单元；20、波长转换单元；210、荧光层；220、支撑底座；230、导热件；240、散热底座；30、反射单元；310、通光部；320、固定块；40、第一调节单元；41、X向调节件；410、压电陶瓷；411、弹簧；42、Y向调节件；43、Z向调节件；430、第一调节螺丝；431、第一弹性件；50、第二调节单元；510、第二调节螺丝；520、第二弹性件；60、安装基板；61、安装槽；610、通孔；70、第一支架；710、第一固定件；720、第二固定件；730、第三固定件。 具体实施方式[0019] 下面结合附图对本发明作详细描述：如图1所示，本发明提供了一种光投射装置，包括激光源单元10、波长转换单元20和反射单元30，还包括与所述反射单元30连接的第一调节单元40以及与所述反射单元30连接的第二调节单元50，所述第一调节单元40调节所述反射单元30的位置使其焦点位于所述波长转换单元20处，同时所述第二调节单元50调节所述激光源单元10的位置使激光源单元10发出的激光束的光轴经过所述反射单元30的焦点，最终使所述激光源单元10出射的激光束的光轴与所述波长转换单元20相交于所述反射单元30的焦点处。具体的，在该装置中，激光源单元10发射的激光束投射至所述波长转换单元30上并激发出荧光，所述荧光经过所述反射单元30反射后按指定方向出射，以形成在规定的立体角内行进的光束，而根据设计要求，需保证激光源单元10出射的激光束的光轴与所述波长转换单元20相交于所述反射单元30的焦点处，从而保证波长转换单元20上激发出的荧光经所述反射单元30反射后形成平行光出射，即为平行的照明光。然而在实际应用中由于不可避免的装配误差，导致激光源单元10、波长转换单元20和反射单元30的位置精度达不到设计要求，本发明中，首先通过设置第一调节单元40调节反射单元30的位置，使反射单元30的焦点位于所述波长转换单元20处，接着通过第二调节单元50调节激光源单元10的位置，使波长转换单元20位于反射单元30的焦点处，此时激光源单元10出射的激光束的光轴与波长转换单元20相交于反射单元30的焦点处，即满足了设计精度要求，大大提高了照明效果。本文中，第一调节单元40带动所述反射单元30实现至少三个自由度的调节，所述第二调节单元50带动所述激光源单元10实现至少三个自由度调节，即沿X、Y、Z(或u1、v1、w1)轴移动和绕X、Y、Z(或u1、v1、w1)轴转动中的至少三个自由度。 [0020] 请继续参照图1，该光投射装置还包括安装基板60，所述激光源单元10、波长转换单元20和反射单元30设于所述安装基板60上，所述第一调节单元40和第二调节单元50分别调节所述反射单元30和激光源单元10相对所述安装基板60的位置。 [0021] 优选的，所述激光源单元10和波长转换单元20分设于所述反射单元30的两侧，所述反射单元30上设有用于透过所述激光束的通光部310。具体的，此处的两侧是指反射单元30沿光路方向的两侧，通光部310的数量可以是一个或多个，根据激光源单元10中激光源 110的数量进行设计，其可以是通孔，也可以是设有可透过激光束的透明构件的通孔，或者是与反射单元30一体而成的可透过激光束的透明构件，所述可透过激光的透明构件可以是具有滤光片的透明板，该透明板可以透过激光，同时反射经波长转换单元20激发出的荧光，如此能够防止经波长转换单元20出射的荧光从通光部310中泄漏。通光部310用于将激光束导向波长转换单元20，其可以是椭圆形、圆形或其他形状，尺寸与激光束的直径相适配，使激光束通过。将激光源单元10安装在波长转换单元20相对于反射单元30的另一侧，便于根据使用的空间条件对激光源单元10的结构和位置进行灵活设计以及便于更换，当然激光源单元10也可以安装于波长转换单元20相对反射单元30的同一侧，如此可以简化光投射装置的结构。 [0022] 优选的，所述反射单元30位曲面镜，所述激光束与所述反射单元30之间的夹角为80～90°，所述通光部310的位置与所述激光束的位置对应，具体的，使激光束以接近90°入射到反射单元30上不仅可以减少通光部310的面积，同时提高激光源单元10和反射单元20之间的布局紧凑性，减少占用空间，降低装置的体积。 [0023] 请继续参照图1，所述激光源单元10包括至少一个激光源110和一个光路转折单元120，所述激光源110发出的激光束经过所述光路转折单元120后透过所述反射单元30并投射至所述波长转换单元20上。具体的，激光源单元10中激光源110的数量根据输出光的功率，特别是照明灯的中心照度需要进行设计，当然也可以直接设置多个激光源110，在使用时根据需要选择当前工作的激光源110的数量，如通过开关等元件进行选择，如此可以进一步提高使用便捷度和通用性能。当然，若激光源110的数量为多个时，需设置相应的光束整形元件或聚焦元件，用于将多个激光源110发出的激光束转换成一束光或者多束平行光，投射至光路转折单元120上。本实施例中，激光源110设有两个，相互平行设置，其中一个发射的激光束直接投射至光路转折单元120上，另一个激光源110通过棱镜多次反射之后产生与出射光平行的光束投射到光路转折单元120上，当然此处也可以将棱镜替换成其他光路整形元件，只要使多个激光源110发出的光束汇聚成一束激光束或多束平行光束投射至光路转折单元120上。光路转折单元120用于对激光光束进行偏转，以改变其行进方向，从而使整个系统结构紧凑，光路转折单元120可以采用平面反射镜或曲面反射镜，也可以采用金属膜或介质膜等，能达到相同的效果即可。所述通光部310的数量为一个或多个，具体的，当激光源110只有一个时，通光部310也对应设有一个；当激光源110的数量为多个，即≥2个时，通光部310的数量也可以只有一个，此时，多个激光源110发射的光束共用一个通光部310；当然通光部310也可以设有多个，与激光源110一一对应，每个通光部310用于将对应激光源 110发射的激光束导向波长转换单元20。本实施例中，激光源110优选为半导体激光器，也即激光二极管，具有体积小、寿命长特点，进一步降低了装置的体积，提高了使用寿命和稳定性。此处使用的半导体激光器可以是在1个芯片上具有1个发光点的元件，也可以是在1个芯片上具有多个发光点的元件。优选的，所述激光源单元10还包括位于所述光路转折单元120和反射单元30之间的聚焦单元130。具体的，聚焦单元130可以采用聚焦透镜或其它聚焦元件，用于汇聚激光束，使其更好地通过通光部310投射到波长转换单元20上。 [0024] 本实施例中，激光源单元10通过支架70固定于所述安装基板60上，支架70上设有用于固定所述激光源110的第一固定件710、用于固定所述光路转折单元120的第二固定件720和用于固定所述聚焦单元130的第三固定件730，所述第一固定件710、第二固定件720或第三固定件730与所述支架70活动连接，所述第二调节单元50连接所述第一固定件710或第二固定件720或第三固定件730，当然第二调节单元50可以同时连接第一固定件710、第二固定件720或第三固定件730中的两者或者三者，即实现对激光源110、光路转折单元120、聚焦单元130中的两者或三者进行同时调节，当然，为了简化装置结构和调节复杂度，第二调节单元50只需调节其中一者即可，同样可以达到设计精度，其中调节光路转折单元120的难度最低，操作最简单，效果最显著。此时第一固定件710、第二固定件720或第三固定件730只需其中一者与支架70活动连接，另外两者可以直接固定在支架70上，以简化结构，降低安装难度。当然，此处也可以不使用支架70，将激光源110、光路转折单元120和聚焦单元130分别通过固定件活动安装于安装基板60上，然后通过第二调节单元50带动对应的固定件实现六自由度调节。 [0025] 优选的，所述第二调节单元50采用电动调节机构或手动调节机构或两者的结合，其中电动调节机构可以是电机或气缸或压电陶瓷，手动调节机构可以是第二调节螺丝510或调节螺杆与第二弹性件520的组合，该第二弹性件520可以采用弹簧、柔性垫片、硅胶、橡胶等。本实施例中，第二调节单元50与第二固定件720连接，对光路转折单元120的位置进行调节，此处光路转折单元120为平面反射镜，第二固定件720采用大于所述平面反射镜的固定板，具体的，本实施例中，固定板的长或宽或长和宽均大于平面反射镜，以避免采用螺丝固定在第一支架70上时需穿过平面反射镜而造成损坏，将平面反射镜可拆卸固定于所述固定板上，如通过粘接工艺粘覆在固定板上，或者通过透明卡扣等部件设于固定板上，也可以采用其他方式，只要能实现可拆卸固定的效果同时不影响激光束正常反射即可。如图1所示，第一支架70为由若干安装板拼接而成且与反射单元30对应的侧面及上方具有开口的空心壳体结构，当然第一支架70也可以采用其他结构，只要能实现相同的作用即可。激光源110通过第一固定件710安装于该空心壳体结构内，第二固定件720即固定板倾斜安装于支架70上方，与该空心壳体结构的前后两块安装板上方通过第二调节单元50连接，固定板的倾斜角度根据激光源110的激光束出射角度和反射单元30的位置设定，如图1中，固定板与水平方向的夹角为20～30度，所述第二调节单元50包括若干第二调节螺丝510和套设于所述第二调节螺丝510上的弹簧411，本实施例中，第二调节螺丝510设有4个，分设于固定板的四个角，避开平面反射镜的位置，支架70设有分别大于所述第二调节螺丝510的螺丝孔和与所述弹簧411相适配的限位孔，螺丝孔的半径小于限位孔的半径，且从位置上看螺丝孔从限位孔中穿出后向下延伸，固定板上设有尺寸大于所述第二调节螺丝510的贯通孔，在安装时，将弹簧411置于限位孔中，接着将第二调节螺丝510由上至下依次插入所述贯通孔和弹簧411，并向下旋入螺丝孔中，在调节时，根据需要分别调节四个角的第二调节螺丝510即可实现对平面反射镜六自由度的调节，此处只需进行四自由度调节即可，即沿w1向运动和绕u1、v1、w1轴转动，使激光束顺利透过通光部310后投射至反射单元30的焦点处，调节完成之后通过第二调节螺丝510进行压紧固定。当然也可以将固定板通过铰链等活动设于支架70上，然后使用电机或其它电动调节机构带动固定板和平面反射镜实现六自由度调节。聚焦单元130通过第三固定件730安装于支架70靠近反射单元30的一侧。 [0026] 请重点参照图1-2，所述反射单元30底部向下凸设一固定块320，所述安装基板60上设有尺寸大于所述固定块320的安装槽61，所述固定块320限位于所述安装槽61内，所述第一调节单元40设于所述安装槽61与所述固定块320之间，带动所述反射单元30相对所述安装基板60进行六自由度运动。优选的，所述第一调节单元40采用电动调节机构或手动调节机构或两者的结合，本实施例中，所述第一调节单元40采用电动调节与机械调节相结合的方式，包括X向调节件41、Y向调节件42和Z向调节件43。其中，所述X向调节件41包括至少一个压电陶瓷410和至少一个弹簧411，所述压电陶瓷410和弹簧411分别设于所述固定块320沿X向的两侧，具体的，通过控制位于X向其中一侧的压电陶瓷410电压和频率从而控制其变形量，同时X向另一侧的弹簧411也会发生相应的变形，从而起到调节固定块320的X向位置的效果。所述Y向调节件42包括至少一个压电陶瓷410和至少一个弹簧411，所述压电陶瓷410和弹簧411分别设于所述固定块320沿Y向的两侧，具体的，通过控制位于Y向其中一侧的压电陶瓷410电压和频率从而控制其变形量，同时Y向另一侧的弹簧411也会发生相应的变形，从而起到调节固定块320的Y向位置的效果。图1-2中，X向调节件41和Y向调节件42中分别设有一个压电陶瓷410和一个弹簧411，当然根据调节稳定性需要也可以设置多个压电陶瓷410和多个弹簧411，且压电陶瓷410和弹簧411的数量也无需一一对应，可以在其中一侧设置多个压电陶瓷410，在另一侧设置一个弹簧411，或者在其中一侧设置一个压电陶瓷 410，在另一个设置多个弹簧411，此外，上述的弹簧411也可以采用其他伸缩件，如具有弹性的金属垫片或硅胶等。所述Z向调节件43包括若干第一调节螺丝430和设于所述固定块320底部与所述安装槽61之间的第一弹性件431，所述固定块320上设有与所述第一调节螺丝 430相适配的通孔，所述安装槽61的底面分别设有尺寸大于所述第一调节螺丝430的螺孔和尺寸大于所述第一弹性件431的限位孔，所述第一调节螺丝430依次穿过所述固定块320、第一弹性件431后向下插入所述安装槽61的螺孔中。此处第一弹性件431可以采用弹簧411、金属垫片、或硅胶，本实施例中，Y向调节件43设有四组，分别与固定板31的四个角对应，在对固定块320进行X向和Y向调节结束后，根据需要分别调节四个角的第一调节螺丝430即可实现对固定块320四自由度的调节，即沿Y向运动及绕X、Y、Z轴转动，使反射单元30的焦点位于激光束的光轴上，即使激光束顺利透过通光部310后投射至反射单元30的焦点处。当然也可以不在安装基板60上开设安装槽61，X向调节件41和Y向调节件42直接采用电机或气缸，通过电机或气缸分别带动固定块320沿X向或Y向运动，实现X向和Y向的调节，接着采用上述结构的Z向调节件43实现固定块320四自由度的调节，即沿Y向运动及绕X、Y、Z轴转动，调节完成之后通过第一调节螺丝430进行压紧固定。 [0027] 优选的，所述波长转换单元20包括荧光层210，所述荧光层210通过一支撑底座220固设于所述安装基板60上，所述支撑底座220包括一导热件230和散热底座240，所述导热件230下端固定于所述散热底座240上，上端由下至上从所述通孔610中穿出后与所述荧光层 210连接。安装基板60上荧光层210可拆卸固定于导热件230上端，导热件230下端固定于散热底座240上，将荧光层210上产生的热量散发出去，导热件230采用热导率高的金属或陶瓷材料制成，如采用铜制成，导热性好，成本低。 [0028] 本发明还提供了一种照明灯，包括上述光投射装置，当然还可以包括位于所述光投射装置即反射单元30出光口处的挡板和投影透镜，构成一个整体照明灯，用作车辆前照灯或其他照明领域。 [0029] 综上所述，本发明提供了一种光投射装置及照明灯，包括激光源单元10、波长转换单元20和反射单元30，还包括与所述反射单元30连接的第一调节单元40以及与所述反射单元30连接的第二调节单元50，所述第一调节单元40调节所述反射单元30的位置使其焦点位于所述波长转换单元20处，同时所述第二调节单元50调节所述激光源单元10的位置使激光源单元10发出的激光束的光轴经过所述反射单元30的焦点，所述第一调节单元40调节所述反射单元30的位置使其焦点位于所述波长转换单元20处，同时所述第二调节单元50调节所述激光源单元10的位置使激光源单元10发出的激光束的光轴经过所述反射单元的焦点，从而保证激光源单元10出射的激光束的光轴与波长转换单元20相交于所述反射单元30的焦点，有效避免存在装配误差而导致激光束的投射角度、以及反射单元30和波长转换单元20的相对位置达不到设计要求的问题，大大提高了照明效果。 |
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