ИСТОЧНИК СВЕТА С ЛАЗЕРНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ ЛЮМИНОФОРА

Полезная модель относится к области светотехники, а именно к источникам белого света для осветительных устройств с направленным излучением, и может быть использована в устройствах типа фар, прожекторов.
Известен светодиодный источник света, содержащий корпус и рефлектор, при этом корпус выполнен из теплорассеивающего материала, внутренняя часть корпуса выполнена в виде, по меньшей мере, одного сегментированного рефлектора, формирующего диаграмму направленности распределения светового потока. По меньшей мере, один кристалл светоизлучающего диода (СИД) закреплен внутри корпуса. Сверху корпус накрыт конвертером, выполненным из, по меньшей мере, одного слоя светопропускающего материала. По меньшей мере, на одну сторону конвертера нанесен слой точечного люминофора. Сторона конвертера, направленная к, по меньшей мере, одному кристаллу СИД, покрыта слоем отражающего материала, состоящим из, по меньшей мере, одного слоя /Патент РФ №2569312, H01L 33/00, 2015 г./.
Недостатком известного устройства является то, что сегментированный отражатель формирует направленность лишь первичного синего излучения от кристалла, не влияя коренным образом на форму направленности белого цвета свечения на выходе с люминофора, ввиду того, что на выходе с люминофора световой поток имеет широкую диаграмму направленности, схожую с типичной диаграммой направленности для светодиодов, угол рассеяния которых равен 110°-125°, в связи с чем устройство не может формировать строго заданную направленность излучения, тем более в случае необходимости узконаправленного излучения.
Известен источник света белого цвета на основе накачки люминофора лазерными диодами, содержащий минимум один лазерный диод, оптически связанный с минимум одним элементом люминофора, где испускаемое лазерным диодом излучение направлено на люминофор для его оптической накачки и последующего генерирования им белого света /US 2014/0126200, F21K 99/00, 2014 г./.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности изменения силы света за счет изменения направленности излучения белого цвета свечения, ввиду отсутствия оптических элементов, формирующих направленный свет.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному источнику света с лазерным возбуждением люминофора является конусный светоизлучающий модуль для светотехнического устройства, содержащий пассивный держатель для размещенных вдоль его продольной оси последовательно один за другим полупроводникового лазерного диода и люминофорного преобразователя света, при этом пассивный держатель выполнен в виде имеющего возможность подключения к системе питания цилиндрического стакана, а для увеличения дальности светового луча и его видимости модуль может быть снабжен линзами /Патент РФ на полезную модель №167452, F21K 99/00, 2017 г./.
Недостатком известного устройства является отсутствие возможности регулировки угла расходимости лучей источника света.
Технической проблемой является создание компактного источника света с лазерным возбуждением люминофора с возможностью изменения угла расходимости лучей.
Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей источника света за счет регулирования силы света и площади освечивания.
Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что источник света с лазерным возбуждением люминофора содержит полый корпус с входным и выходным торцами, внутренней и наружной резьбами, собирающую линзу, установленную внутри корпуса посредством прижимающего ее винта, установленного на внутренней резьбе, и металлический диск, установленный в выходном торце соосно собирающей линзе, с осевым отверстием, заполненным люминофором, защищенным с обеих сторон прозрачным компаундом, при этом на наружной резьбе с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса со стороны выходного торца установлена оправка с собирающим оптическим элементом, соосным собирающей линзе, а со стороны входного торца - гайка, внутри которой соосно собирающей линзе установлен излучающий лазерный диод.
В частных случаях исполнения устройства в качестве собирающего оптического элемента используют линзу, отражатель или коллиматор.
Предпочтительно, что в качестве лазерного диода используют диод синего цвета излучения.
В качестве лазерного диода 14 могут быть использованы излучающие диоды различных спектров излучения, но спектр чувствительности люминофора при его накачке должен совпадать со спектром излучения лазера. Т.е. если используют инфракрасный лазер, то и люминофор необходимо использовать чувствительный к накачке инфракрасным излучением.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами, на которых для большей наглядности соотношения между отдельными элементами устройства изменены.
На Фиг. 1 схематически изображен профильный вид источника света с сечением; на Фиг. 2 - металлический диск, содержащий люминофор, защищенный с двух сторон оптически прозрачным компаундом; на Фиг. 3 изображено формирование узконаправленного угла расходимости лучей белого света на выходе; на Фиг. 4 изображено формирование широконаправленного угла расходимости лучей белого света на выходе.
Источник света с лазерным возбуждением люминофора (Фиг. 1) содержит полый корпус 1 с входным 2 и выходным 3 торцами, внутренней 4 и наружной 5 резьбами. Внутри корпуса 1 установлена собирающая линза 6, посредством прижимающего ее винта 7, установленного на внутренней резьбе 4 корпуса 1. В выходном торце 3 корпуса 1 соосно собирающей линзе 6 впрессован металлический диск с осевым отверстием 8 (Фиг. 2), заполненный люминофором 9, защищенным с обеих сторон прозрачным компаундом 10. На наружной резьбе 5 корпуса 1 с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса 1 со стороны выходного торца 3 установлена оправка 11 с собирающим оптическим элементом 12, соосным собирающей линзе 6. В качестве оптического элемента 12 могут быть использованы линза, отражатель или коллиматор. На наружной резьбе 5 корпуса 1 с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса 1 со стороны входного торца установлена гайка 13, внутри которой соосно собирающей линзе 6 установлен излучающий лазерный диод синего цвета излучения 14. Гайка 13 посредством резьбы со стороны, противоположной излучающей поверхности лазерного диода 14, крепится к стакану 15 с уплотнителем 16.
Источник света с лазерным возбуждением люминофора работает следующим образом. Испускаемое лазерным диодом 14 излучение длиной волны 440-460 нм направлено на люминофор 9 металлического диска 8 для его оптической накачки и генерирования люминофором 9 излучения белого света. Между лазерным диодом 14 и металлическим диском 8 с люминофором 9 соосно с ними расположена собирающая линза 6, которая концентрирует излучение лазерного диода 14 на поверхности люминофора 9. Облучаемый лазерным диодом 14 люминофор 9 конвертирует синее лазерное излучение в белый свет. Испускаемые люминофором 9 лучи белого света, проходя через собирающий оптический элемент 12, установленный в оправке 11 соосно последовательно расположенным вдоль продольной оси корпуса (фактически являющейся оптической осью источника света), лазерному диоду 14, собирающей линзе 6 и металлическому диску 8 с люминофором 9, претерпевают преломления и выходят из него под требуемыми углами. Оправка 11 соединяется с корпусом 1 посредством наружной резьбы 5 корпуса 1 и имеет возможность перемещения вдоль продольной оси корпуса 1 при вращении. Как следствие, изменяя положение оптического элемента 12 относительно светящегося люминофора 9, посредством перемещения оправки 11 в направлении продольной оси корпуса 1, источник света формирует требуемое значение угла расходимости лучей. Гайка 13 также соединяется с корпусом 1 по наружной резьбе 5 корпуса 1 с возможностью перемещения вдоль продольной оси корпуса 1, что позволяет изменять плотность облучения люминофора 9 и размер светящегося поля, тем самым обеспечивается регулировка интенсивности светового потока. К выходам лазерного диода 14 припаивают провода (на чертеже не показаны), которые через уплотнитель 16 пропускают в стакан 15 для подключения к источнику энергии. Стакан 15 предохраняет электромонтаж (пайку) изучающего диода 14 от повреждения, а установленный в стакан 15 уплотнитель 16 служит для предотвращения перетирания изоляции проводов.
Люминофор (люминофорную суспензию) 9 (Фиг. 2) помещают в полость диска 8 в условиях дегазации, т.е. между компаундом 10 и люминофорной суспензией 9 выкачивают воздух, поскольку содержащийся в воздухе кислород способствует активному окислению и деградации люминофора, что негативно сказывается на его ресурсе 9 при нагреве. Кроме того, равномерное облучение люминофора 9 за счет наличия собирающей линзы 6, также повышает срок службы люминофора, а соответственно и всего источника света.
На Фиг. 3 изображено формирование узконаправленного угла расходимости лучей белого света на выходе источника света, с целью увеличения силы света и как следствие - уменьшения площади освечивания. Узкий угол расходимости лучей обусловлен тем, что люминофор 9 находится в фокусе собирающей линзы 6, а вышедшие из источника света лучи направлены вдоль продольной оси корпуса 1 (оптической оси).
На Фиг. 4 изображено формирование широкого угла расходимости лучей белого света на выходе, с целью уменьшения силы света и увеличения площади освечивания. Широкий угол расходимости лучей обусловлен тем, что оптический элемент 12 смещен максимально возможно вдоль продольной оси корпуса 1 (оптической оси) от поверхности люминофора 9 за счет перемещения оправки 11 по наружной резьбе 5 корпуса 1.
Таким образом, наличие собирающей оптической линзы 6 для увеличения плотности облучения люминофора 9 за счет фокусировки лазерного излучения на нем посредством передвижения вдоль оптической оси источника света гайки 13 с лазерным диодом 14 и собирающего оптического элемента 12 для изменения силы белого света на его выходе за счет регулировки угла расходимости лучей посредством передвижения вдоль оптической оси источника света оправки 11, позволяет расширить функциональные возможности предложенного источника света, который может быть использован в прожекторах и фарах транспортных средств для регулирования силы света и площади освечивания.