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CN107062023A - 一种自适应激光照明灯 - Google Patents

一种自适应激光照明灯 Download PDF

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CN107062023A
CN107062023A CN201710437565.XA CN201710437565A CN107062023A CN 107062023 A CN107062023 A CN 107062023A CN 201710437565 A CN201710437565 A CN 201710437565A CN 107062023 A CN107062023 A CN 107062023A
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CN
China
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unit
reflector element
light
lighting lamp
wavelength conversion
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黄帆
龙涛
邹诚
韩捷飞
初宁
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Super Vision Laser Technology (suzhou) Co Ltd
Original Assignee
Super Vision Laser Technology (suzhou) Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种自适应激光照明灯，包括激光源单元、波长转换单元和反射单元，波长转换单元位于反射单元的焦点处，激光源单元包括激光源和光束调节机构，激光源出射的激光束经光束调节机构调节形成指定形状的光斑，投射至波长转换单元上并激发出荧光，荧光经过反射单元反射后按指定方向出射。通过设置光束调节机构，根据当前路况和外界光线强度调节激光源发出的激光束投射至波长转换单元上的光斑形状和大小，从而形成当前所需的照明光束。本发明可根据当前路况和当前外界光线强度实时调整照明光束的亮度和照明范围度，大大提高了行车安全性和舒适度，且无需调节整个车灯，降低了能量消耗，控制精度高，操作简单，稳定性好。

Description

一种自适应激光照明灯
技术领域
本发明涉及照明技术领域，具体涉及一种自适应激光照明灯。
背景技术
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。
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。
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。然而由于在车辆行驶过程中，经常需要根据路况和当前外界光线强度调节照明灯的照明方向、距离、范围和亮度等，以提高行车安全性和舒适度。
然而，现有的自适应前灯照明系统中，通常采用整体移动车灯的方式来实现，不仅能量消耗大，且增大了机械操作发生错误的可能性，且控制精度低，稳定性差。
发明内容
本发明提供了一种自适应激光照明灯，以解决现有技术中存在的能量消耗大，容易发生错误，控制精度低以及稳定性差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种自适应激光照明灯，包括激光源单元、波长转换单元和反射单元，所述波长转换单元位于所述反射单元的焦点处，所述激光源单元包括激光源和光束调节机构，所述激光源出射的激光束经所述光束调节机构调节形成指定形状的光斑，投射至所述波长转换单元上并激发出荧光，所述荧光经过所述反射单元反射后按指定方向出射。
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用于透过所述激光束的通光部。
进一步的，所述反射单元为曲面镜。
进一步的，所述光束调节机构包括依次连接的控制单元、驱动单元和变焦单元，所述变焦单元沿光路设于所述激光源和反射单元之间，所述控制单元控制所述驱动单元调节所述变焦单元的位置以改变激光源发出的激光束的光斑形状和大小。
进一步的，所述变焦单元包括沿光路依次设置的散射片和聚焦透镜，所述散射片与所述驱动单元连接，所述聚焦透镜与所述反射单元共焦。
进一步的，所述变焦单元为变焦柱面镜，所述变焦柱面镜与所述驱动单元连接，所述变焦柱面镜的变焦面位于靠近所述反射单元的一侧。
进一步的，所述控制单元包括依次连接的控制开关、信息检测单元和中央处理单元，所述中央处理单元与所述驱动单元连接，所述信息监测单元包括光照检测传感器和道路图像采集器。
进一步的，所述驱动单元采用电动调节机构或手动调节机构或两者的结合。
进一步的，所述激光源单元还包括位于所述激光源和光束调节机构之间的光路转折单元。
进一步的，所述波长转换单元包括荧光层和与所述荧光层连接的散热底座，所述荧光层位于所述反射单元的焦点处。
本发明提供的自适应激光照明灯，包括激光源单元、波长转换单元和反射单元，所述波长转换单元位于所述反射单元的焦点处，所述激光源单元包括激光源和光束调节机构，所述激光源出射的激光束经所述光束调节机构调节形成指定形状的光斑，投射至所述波长转换单元上并激发出荧光，所述荧光经过所述反射单元反射后按指定方向出射。通过设置光束调节机构，根据当前路况和外界光线强度调节激光源发出的激光束投射至波长转换单元上的光斑形状和大小，从而形成当前所需的照明光束。本发明可根据当前路况和当前外界光线强度实时调整照明光束的亮度和照明范围度，大大提高了行车安全性和舒适度，且无需调节整个车灯，降低了能量消耗，控制精度高，操作简单，稳定性好，满足了实际应用的需求。
附图说明
图1是本发明一具体实施例中自适应激光照明灯的结构示意图；
图2是本发明一具体实施例中控制单元的结构示意图。
图中所示：10、激光源单元；110、激光源；120、光路转折单元；130、光束调节机构；131、控制单元；132、驱动单元；133、变焦单元；134、控制开关；135、信息检测单元；136、中央处理单元；137、散射片；138、聚焦透镜；20、波长转换单元；210、荧光层；220、散热底座；30、反射单元；310、通光部。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细描述：
如图1所示，本发明提供了一种自适应激光照明灯，包括激光源单元10、波长转换单元20和反射单元30，所述波长转换单元20位于所述反射单元30的焦点处，所述激光源单元10包括激光源110和光束调节机构130，所述激光源110出射的激光束经所述光束调节机构130调节形成指定形状的光斑，投射至所述波长转换单元20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。具体的，激光源110发射的激光束投射至所述波长转换单元20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照明光束，由于波长转换单元20位于所述反射单元30的焦点处，因此经波长转换单元20上激发出的荧光经所述反射单元30反射后形成水平的照明光束出射。然而在遇到特殊路况或外界光线强度变化时，需要调整照明光束的亮度和照明范围，此时通过光束调节机构130根据当前路况和外界光线强度调节激光源110发出的激光束光斑形状和大小，即投射至波长转换单元20上的光斑形状和大小，从而形成当前所需的照明光束，如需要远光灯时，可以缩小照明光束沿水平方向的宽度或沿垂直方向的宽度以缩小照明范围并提高照明亮度，需要近光灯时，可以扩大照明光束沿水平方向的宽度或沿垂直方向的宽度以扩大照明范围并降低照明亮度，或者根据路况进行相应的调节，此处不一一列举。
请继续参照图1，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。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，即白色光，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，本实施例中，通光部310大于激光束的尺寸(即投射至波长转换单元20上的光斑尺寸)，具体根据实际需要进行设定，以保证激光束可以顺利透过通光部310，避免激光束被反射单元30遮挡而不能全部投射至波长转换单元20上。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，如此可以简化照明灯的结构。
优选的，所述激光源单元10还包括位于所述激光源110和光束调节机构130之间的光路转折单元120，所述激光源110发出的激光束依次经过所述光路转折单元120和光束调节机构130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，并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，所述反射单元30为曲面镜，反射单元30为一曲面镜，该曲面镜可以是两个表面均镀有金属薄膜的构件，或金属制的构件、镀有反射膜的玻璃制构件，或镀介质膜的构件等，只要能实现所需的功能即可，此处不作限制。当曲面镜采用玻璃制的构件时，可以在除通光部310之外的区域镀反射膜，而在通光部310处不开设通孔或设置可透过激光的透明构件，简化了曲面镜的结构。此外，本实施例中曲面镜的表面面型可以是抛物面、椭球面或其它曲面，只需符合以下条件：至少包含以抛物线的对称轴为回转轴而使该抛物线回转所形成的曲面(抛物曲面)被上述回转轴的平面切断而得到的曲面的一部分。
如图1和图2所示，所述光束调节机构130包括依次连接的控制单元131、驱动单元132和变焦单元133，所述变焦单元133沿光路设置，位于激光源110和反射单元30之间，且与所述反射单元30共焦。所述控制单元131控制所述驱动单元132带动所述变焦单元133转动以调节激光束的光斑形状和大小。优选的，控制单元131包括依次连接的控制开关134、信息检测单元135和中央处理单元136，所述中央处理单元136与所述驱动单元132连接，所述信息监测单元135包括光照检测传感器和道路图像采集器。控制开关134用于用户输入控制命令，控制驱动单元132开始或停止工作，光照检测传感器用于检测当前外界光照的强度，并将检测信息发送至中央处理单元136进行判断，若当前外界光照充足时，如在日间非雾天行车，则无需调节激光束的光斑形状和大小，此时中央处理单元136控制驱动单元132不工作，若当前外界光照不充足时，如在夜间或大雾天气行车，则需调节照明光束的照射方向，此时通过道路图像采集器采集前方道路图像发送至中央处理单元136，通过中央处理单元136进行图像处理，得到当前路况信息，包括前方车辆信息，道路弯曲度、上下坡信息等，并根据该路况信息控制驱动单元132调整变焦单元133的位置，以形成所需的照明光束。本实施例中，道路图像采集器可采用CCD/CMOS相机或其他图像采集设备，可在车辆高速行驶中获取前方道路的高清图像。中央处理单元136可采用单片机、DSP、FPGA、ARM或计算机等，将上述参数发送至驱动单元132，驱动单元132根据上述调整参数信息调节变焦单元133位置，如绕X轴或Y轴转动，以改变变焦单元133的焦点位置，从而改变激光束投射到波长转换单元20上表面的光斑大小和形状，以形成所需的照明光束，整个过程均为自动调节控制，无需人工手动操作，提高了使用便捷度和工作效率。在夜间行车过程中，需要远光灯时，控制驱动单元132调节变焦单元133的位置，使激光束投射至波长转换单元20上的光斑变小，以缩小照明范围，提高照明强度；当两车相遇或需要转弯时，控制驱动单元132调节变焦单元133的位置，使激光束投射至波长转换单元20上的光斑变大，以扩大照明范围，降低照明强度；当然在既需要提高照明强度又需要扩大照明范围时，可以在调节光斑形状和大小的同时增加激光源110的数量。此外，也可不设置信息检测单元135进行行车环境自动检测，直接通过人工操作控制开关向中央处理单元136发送控制命令，从而实现对驱动单元132进行控制，使其根据当前的需要调节变焦单元133位置，以形成所需的照明光束，当然该控制方法的使用便捷度和工作效率不如上述自动控制方法，当然为了进一步提高调节准确度，也可以将自动控制方式和手动控制方式相结合，进一步提高调节效果。
优选的，所述驱动单元132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调节螺丝或调节螺杆与弹性件的组合，该弹性件可以采用弹簧、金属垫片、硅胶、橡胶或者其他具有弹性变形的垫片，根据实际需要进行设计。
请重点参照图1，所述变焦单元133包括沿光路依次设置的散射片137和聚焦透镜138，所述散射片137与所述驱动单元138连接，所述聚焦透镜138与所述反射单元30共焦，其中散射片137用于分散激光束，起到匀光的效果，通过驱动单元133调节散射片137的位置，如绕u轴或v轴转动，从而改变激光束在波长转换单元20上沿长度方向或宽度方向的光斑大小和形状，从而形成所需的照明光束。
优选的，所述变焦单元133也可采用变焦柱面镜，所述变焦柱面镜与所述驱动单元132连接，该变焦柱面镜的变焦面位于靠近所述反射单元30的一侧。具体的，变焦柱面镜的变焦面位于靠近所述反射单元30的一侧，且在正常情况下，变焦柱面镜的变焦面的焦点与反射单元30共焦，当需要调节照明光束时，控制驱动单元132调节变焦单元133的位置，如绕u轴转动，从而改变激光束在波长转换单元20上沿长度方向或宽度方向的光斑大小和形状，从而形成所需的照明光束，由于变焦柱面镜也具有汇聚光线的作用，可直接将激光束因此可不设置聚焦透镜138，简化了装置的结构。
优选的，所述波长转换单元20包括荧光层210和与所述荧光层210连接的散热底座220，所述荧光层210位于所述反射单元30的焦点处，即所述荧光层210的上表面中心与所述反射单元30的焦点重合，从而提高照明光束的可调节范围和适用性。
本发明提供的自适应激光照明灯，包括激光源单元10、波长转换单元20和反射单元30，所述波长转换单元20位于所述反射单元30的焦点处，所述激光源单元10包括激光源110和光束调节机构120，所述激光源110出射的激光束经所述光束调节机构120调节形成指定形状的光斑，投射至所述波长转换单元20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。通过设置光束调节机构120，根据当前路况和外界光线强度调节激光源110发出的激光束投射至波长转换单元20上的光斑形状和大小，从而形成当前所需的照明光束。本发明可根据当前路况和当前外界光线强度实时调整光束的亮度和照明范围，大大提高了行车安全性和舒适度，且无需调节整个车灯，降低了能量消耗，控制精度高，操作简单，稳定性好，满足了实际应用的需求。
虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自适应激光照明灯，包括激光源单元(10)、波长转换单元(20)和反射单元(30)，其特征在于，所述波长转换单元(20)位于所述反射单元(30)的焦点处，所述激光源单元(10)包括激光源(110)和光束调节机构(130)，所述激光源(110)出射的激光束经所述光束调节机构(130)调节形成指定形状的光斑，投射至所述波长转换单元(20)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。
2.根据权利要求1所述的自适应激光照明灯，其特征在于，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)。
3.根据权利要求2所述的自适应激光照明灯，其特征在于，所述反射单元(30)为曲面镜。
4.根据权利要求3所述的自适应激光照明灯，其特征在于，所述光束调节机构(130)包括依次连接的控制单元(131)、驱动单元(132)和变焦单元(133)，所述变焦单元(133)沿光路设于所述激光源(110)和反射单元(30)之间，所述控制单元(131)控制所述驱动单元(132)调节所述变焦单元(133)的位置以改变激光源(110)发出的激光束的光斑形状和大小。
5.根据权利要求4所述的自适应激光照明灯，其特征在于，所述变焦单元(133)包括沿光路依次设置的散射片(137)和聚焦透镜(138)，所述散射片(137)与所述驱动单元(132)连接，所述聚焦透镜(138)与所述反射单元(30)共焦。
6.根据权利要求4所述的自适应激光照明灯，其特征在于，所述变焦单元(133)为变焦柱面镜，所述变焦柱面镜与所述驱动单元(132)连接，所述变焦柱面镜的变焦面位于靠近所述反射单元(30)的一侧。
7.根据权利要求4所述的自适应激光照明灯，其特征在于，所述控制单元(131)包括依次连接的控制开关(134)、信息检测单元(135)和中央处理单元(136)，所述中央处理单元(136)与所述驱动单元(132)连接，所述信息监测单元包括光照检测传感器和道路图像采集器。
8.根据权利要求4所述的自适应激光照明灯，其特征在于，所述驱动单元(132)采用电动调节机构或手动调节机构或两者的结合。
9.根据权利要求1所述的自适应激光照明灯，其特征在于，所述激光源单元(10)还包括位于所述激光源(110)和光束调节机构(130)之间的光路转折单元(120)。
10.根据权利要求1所述的自适应激光照明灯，其特征在于，所述波长转换单元(20)包括荧光层(210)和与所述荧光层(210)连接的散热底座(220)，所述荧光层(210)位于所述反射单元(30)的焦点处。
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