RU202946U1

RU202946U1 - White light source

Info

Publication number: RU202946U1
Application number: RU2020139311U
Authority: RU
Inventors: Максим Анатольевич Одноблюдов; Валерий Владимирович Крамник; Валерий Дмитриевич Ноздрачев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Трансмаш Плюс"
Priority date: 2020-12-01
Filing date: 2020-12-01
Publication date: 2021-03-16

Abstract

Полезная модель относится к переносным полупроводниковым осветительным устройствам и может использоваться для локального освещения на улице и в помещениях, например, в качестве фонаря. Технический результат заключается в уменьшении габаритных размеров источника белого света при сохранении малого уровня оптических потерь.Результат достигается тем, что источник белого света состоит из корпуса, в котором последовательно расположены смонтированный на радиаторе лазер, первая и вторая фокусирующие линзы, первое плоское зеркало с закрепленным на нем люминофором и линза полного внутреннего отражения с закрепленным на ней вторым зеркалом. Первое зеркало установлено вплотную к кромке входного окна линзы полного внутреннего отражения перпендикулярно ее оптической оси. На его поверхности, обращенной к этой линзе, в ее фокальной точке закреплен люминофор. В кромке входного окна линзы полного внутреннего отражения над верхним краем первого зеркала выполнен паз под углом 30 градусов к продольной оси симметрии зеркала. В пазе установлено второе зеркало, предназначенное для отражения излучения синего лазера на люминофор под углом падения оси конуса 60 градусов к его нормали. Первая и вторая фокусирующие линзы предназначены для подфокусировки излучения лазера на второе зеркало. 1 ил.The utility model relates to portable semiconductor lighting devices and can be used for local lighting on the street and indoors, for example, as a lantern. The technical result consists in reducing the overall dimensions of the white light source while maintaining a low level of optical losses. The result is achieved by the fact that the white light source consists of a housing in which a laser mounted on a radiator, the first and second focusing lenses, a first flat mirror fixed on with a phosphor and a total internal reflection lens with a second mirror attached to it. The first mirror is installed close to the edge of the entrance window of the total internal reflection lens perpendicular to its optical axis. On its surface facing this lens, a phosphor is fixed at its focal point. A groove is made in the edge of the entrance window of the total internal reflection lens above the upper edge of the first mirror at an angle of 30 degrees to the longitudinal axis of symmetry of the mirror. A second mirror is installed in the groove, designed to reflect the blue laser radiation onto the phosphor at an angle of incidence of the cone axis of 60 degrees to its normal. The first and second focusing lenses are designed to focus the laser radiation on the second mirror. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к переносным полупроводниковым осветительным устройствам и может использоваться для локального освещения на улице и в помещениях, например, в качестве фонаря. The utility model relates to portable semiconductor lighting devices and can be used for local lighting on the street and indoors, for example, as a lantern.

Известен источник белого света, состоящий из синего лазера и удаленного от него люминофора [US10247382 (B2), МПК F21S41/14, 41/16, 41/24, 41/32, 41/37, 41/663, 41/689, 43/00, 43/33, 41/20, H01R33/00, опубликован 02.04.2019, аналоги: DE102014226668 (A1), WO2016096602 (A1)]. В одном из вариантов исполнения изобретения источник белого света состоит из расположенных на одной оптической оси лазера, вогнутого зеркала, люминофора и линзы, обладающей эффектом полного внутреннего отражения. В вогнутом зеркале выполнено отверстие для ввода лазерного излучения к люминофору. Вогнутое зеркало предназначено для отражения светового излучения, сгенерированного обращенной к лазеру поверхностью люминофора и направления его вокруг линзы. Линза предназначена для отражения светового излучения, сгенерированного противоположной поверхностью люминофора. Люминофор и линза расположены внутри купола вогнутого зеркала. A known source of white light, consisting of a blue laser and a phosphor remote from it [US10247382 (B2), IPC F21S41 / 14, 41/16, 41/24, 41/32, 41/37, 41/663, 41/689, 43 / 00, 43/33, 41/20, H01R33 / 00, published 04/02/2019, analogs: DE102014226668 (A1), WO2016096602 (A1)]. In one embodiment of the invention, the white light source consists of a laser, a concave mirror, a phosphor, and a lens having a total internal reflection effect located on the same optical axis. A hole is made in the concave mirror for inputting laser radiation to the phosphor. The concave mirror is designed to reflect the light generated by the phosphor surface facing the laser and direct it around the lens. The lens is designed to reflect light generated by the opposite surface of the phosphor. The phosphor and lens are located inside the dome of the concave mirror.

Недостатком данного научно-технического решения является расположение внутри купола вогнутого зеркала люминофора и линзы с эффектом полного внутреннего отражения, что существенно увеличивает габаритные размеры известного источника белого света. The disadvantage of this scientific and technical solution is the location inside the dome of the concave mirror of the phosphor and the lens with the effect of total internal reflection, which significantly increases the overall dimensions of the known source of white light.

Техническая проблема заключается в создании миниатюрного источника яркого белого луча света.The technical challenge is to create a miniature source of a bright white light beam.

Технический результат заключается в уменьшении габаритных размеров источника белого света при сохранении малого уровня оптических потерь. The technical result consists in reducing the overall dimensions of the white light source while maintaining a low level of optical loss.

Технический результат достигается тем, что в источнике белого света, состоящего из корпуса, в котором расположены приспособления для питания и охлаждения синего лазера, синий лазер, удаленный от него люминофор, зеркало, линза полного внутреннего отражения, согласно полезной модели, первое зеркало установлено вплотную к кромке входного окна линзы полного внутреннего отражения перпендикулярно ее оптической оси, и на его поверхности, обращенной к этой линзе, в ее фокальной точке закреплен люминофор, причем верхний край зеркала продолжается выше фокальной точки линзы на три диаметра фокального сечения лазерного излучения в месте крепления люминофора, а его нижний край выходит за кромку входного окна линзы, зеркало предназначено для охлаждения люминофора, в кромке входного окна линзы полного внутреннего отражения над верхним краем зеркала выполнен паз под углом 30 градусов к продольной оси симметрии зеркала, причем продольная ось симметрии паза параллельна продольной оси симметрии зеркала, и в пазе установлено второе зеркало, предназначенное для отражения излучения синего лазера на люминофор под углом падения оси конуса 60 градусов к его нормали, между лазером и зеркалом установлены первая и вторая фокусирующие линзы, предназначенные для подфокусировки излучения лазера на второе зеркало.The technical result is achieved by the fact that in a white light source, consisting of a body in which there are devices for powering and cooling a blue laser, a blue laser, a phosphor remote from it, a mirror, a total internal reflection lens, according to the utility model, the first mirror is installed close to the edge of the entrance window of the total internal reflection lens is perpendicular to its optical axis, and on its surface facing this lens, a phosphor is fixed at its focal point, and the upper edge of the mirror extends above the focal point of the lens by three diameters of the focal section of the laser radiation at the point of attachment of the phosphor, and its lower edge extends beyond the edge of the entrance window of the lens, the mirror is designed to cool the phosphor, a groove is made in the edge of the entrance window of the total internal reflection lens above the upper edge of the mirror at an angle of 30 degrees to the longitudinal axis of symmetry of the mirror, and the longitudinal axis of symmetry of the groove is parallel to the longitudinal axis of symmetry mirrors, and a second mirror is installed in the groove, designed to reflect the blue laser radiation onto the phosphor at an angle of incidence of the cone axis of 60 degrees to its normal, the first and second focusing lenses are installed between the laser and the mirror, designed to focus the laser radiation on the second mirror.

На чертеже показана схема конструкции источника белого света и ход оптических лучей. Штриховой линией изображен ход оптического излучения в диапазоне длин волн 440 - 460 нм, пунктирной линией изображен ход белого для глаз оптического излучения.The drawing shows a diagram of the construction of a white light source and the path of optical rays. The dashed line shows the course of optical radiation in the wavelength range 440 - 460 nm, the dashed line shows the course of white optical radiation for the eyes.

Источник белого света состоит из корпуса 1, в котором последовательно расположены смонтированный на радиаторе 2 лазер 3, фокусирующая асферическая линза 4, фокусирующая линза 5, первое плоское зеркало 6 с закрепленным на нем люминофором 7 и линза полного внутреннего отражения 8 с закрепленным на ней вторым зеркалом 9. The white light source consists of a housing 1, in which a laser 3 mounted on a radiator 2, a focusing aspherical lens 4, a focusing lens 5, a first flat mirror 6 with a phosphor 7 fixed on it and a total internal reflection lens 8 with a second mirror attached to it are arranged in series 9.

Зеркало 6 установлено вплотную к кромке входного окна линзы 8 перпендикулярно ее оптической оси. Верхний край зеркала 6 продолжается выше фокальной точки линзы 8 на три диаметра фокального сечения лазерного излучения в месте крепления люминофора, а нижний край зеркала выходит за кромку входного окна линзы 8. The mirror 6 is installed close to the edge of the entrance window of the lens 8 perpendicular to its optical axis. The upper edge of the mirror 6 extends above the focal point of the lens 8 by three diameters of the focal section of the laser radiation at the phosphor attachment point, and the lower edge of the mirror extends beyond the edge of the entrance window of the lens 8.

Люминофор 7 закреплен на поверхности зеркала 6, обращенной к линзе 8, в ее фокальной точке. Люминофор 7 выполнен в виде прозрачного в видимом диапазоне кристалла из стеклокерамики с включениями люминофорных соединений и соединений с отличными от стеклокерамики показателями преломления, предназначенными для рассеивания лазерного излучения. Люминофор 7 охлаждается посредством зеркала 6.The phosphor 7 is fixed on the surface of the mirror 6 facing the lens 8 at its focal point. The phosphor 7 is made in the form of a glass-ceramic crystal transparent in the visible range with inclusions of phosphor compounds and compounds with refractive indices different from glass-ceramics, intended for scattering laser radiation. The phosphor 7 is cooled by means of the mirror 6.

Зеркало 9 закреплено в пазе, выполненном в кромке входного окна линзы 8 под углом 30 градусов к продольной оси симметрии зеркала 6. Паз выполнен над верхним краем зеркала 6, при этом продольная ось симметрии паза параллельна продольной оси симметрии зеркала 6. Зеркало 9 предназначено для отражения излучения синего лазера 3 на люминофор 7 под углом падения оси конуса 60 градусов к его нормали.Mirror 9 is fixed in a groove made in the edge of the entrance window of the lens 8 at an angle of 30 degrees to the longitudinal axis of symmetry of the mirror 6. The groove is made above the upper edge of the mirror 6, while the longitudinal axis of symmetry of the groove is parallel to the longitudinal axis of symmetry of the mirror 6. Mirror 9 is intended for reflection radiation of blue laser 3 on phosphor 7 at an angle of incidence of the axis of the cone 60 degrees to its normal.

Корпус 1 со стороны, противоположной лазеру, ограничен выходным окном линзы 8. The body 1 on the side opposite to the laser is limited by the exit window of the lens 8.

Лазер 3 излучает в диапазоне длин волн 440 - 460 нм и питается от аккумуляторной батареи, установленной в корпусе 1 (на чертеже не показана).The laser 3 emits in the wavelength range 440 - 460 nm and is powered by a rechargeable battery installed in the housing 1 (not shown in the drawing).

Синий свет от лазера 3 проходит через линзы 4 и 5, попадает на зеркало 9, отражается от него и фокусируется на люминофоре 7. В люминофоре 7 синее лазерное излучение частично рассеивается, наряду с этим генерируется широкополосное излучение в диапазоне длин волн 500 - 600 нм. Рассеянное лазерное излучение и сгенерированное люминофором излучение в объеме люминофора образуют белое для глаз излучение, основная часть которого попадает во входное окно линзы 8. Затем часть излучения с большими углами к оптической оси проходит входное окно, отражается от ее боковых стенок и направляется к ее выходной поверхности. А часть излучения с малыми углами к оптической оси проходит ее входное окно, преломляется на линзообразной части линзы 8 и направляется к ее выходной поверхности. Blue light from laser 3 passes through lenses 4 and 5, hits mirror 9, is reflected from it and focuses on phosphor 7. In phosphor 7, blue laser radiation is partially scattered, along with this, broadband radiation is generated in the wavelength range of 500-600 nm. The scattered laser radiation and the radiation generated by the phosphor in the volume of the phosphor form a white radiation for the eyes, the main part of which falls into the entrance window of lens 8. Then part of the radiation with large angles to the optical axis passes through the entrance window, is reflected from its side walls and is directed to its output surface ... And part of the radiation with small angles to the optical axis passes through its entrance window, is refracted on the lenticular part of the lens 8 and is directed to its exit surface.

Часть рассеянного лазерного излучения и сгенерированного люминофором излучения в объеме люминофора, направленное в противоположную сторону от линзы 8, перехватывается зеркалом 6 и отражается обратно в люминофор 7. Part of the scattered laser radiation and radiation generated by the phosphor in the volume of the phosphor, directed in the opposite direction from the lens 8, is intercepted by the mirror 6 and reflected back into the phosphor 7.

Уменьшение габаритных размеров источника белого света достигается за счет использования первого зеркала, установленного вплотную к кромке входного окна линзы полного внутреннего отражения, и второго зеркала, установленного в пазе на этой линзе. Это позволяет не использовать крупногабаритное зеркало, окружающее такую линзу и собирающую излучение люминофора от его поверхности, обращенной к лазеру, для предотвращения избыточных оптических потерь.Reducing the overall dimensions of the white light source is achieved through the use of the first mirror mounted close to the edge of the entrance window of the total internal reflection lens, and the second mirror mounted in the groove on this lens. This makes it possible not to use a large mirror that surrounds such a lens and collects phosphor radiation from its surface facing the laser in order to prevent excessive optical losses.

Claims

A white light source consisting of a housing containing devices for powering and cooling a blue laser, a blue laser, a phosphor remote from it, a mirror, a total internal reflection lens, characterized in that the first mirror is installed close to the edge of the entrance window of the total internal reflection lens perpendicular to its optical axis, and on its surface facing this lens, a phosphor is fixed at its focal point, and the upper edge of the mirror extends above the focal point of the lens by three diameters of the focal section of the laser radiation at the point of attachment of the phosphor, and its lower edge extends beyond the edge the entrance window of the lens, the mirror is designed to cool the phosphor, a groove is made in the edge of the entrance window of the total internal reflection lens above the upper edge of the mirror at an angle of 30 degrees to the longitudinal axis of symmetry of the mirror, and the longitudinal axis of symmetry of the groove is parallel to the longitudinal axis of symmetry of the mirror, and the second mirror intended In order to reflect the blue laser radiation onto the phosphor at an angle of incidence of the cone axis of 60 degrees to its normal, the first and second focusing lenses are installed between the laser and the mirror, designed to focus the laser radiation on the second mirror.