專利名稱：一種光纖照明用led耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖照明應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種光纖照明用LED光源耦合裝置。
背景技術(shù)：
光纖照明系統(tǒng)因其設(shè)計(jì)自由度高、使用安全可靠、壽命長和維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)，成為照明技術(shù)的新寵。20世紀(jì)80年代低成本高性能聚合物光纖的成功開發(fā)，使得光纖照明逐漸普及，且由于其光電分離特性，廣泛應(yīng)用于室內(nèi)裝飾、水景、建筑和易燃易爆等特殊照明場所。LED因其壽命長、能耗低、響應(yīng)時(shí)間短、體積小和耐抗擊等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)綠色照明 光源。將LED與光纖照明技術(shù)有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)揮半導(dǎo)體照明和光纖照明的優(yōu)勢，是當(dāng)今光纖照明的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)光源金鹵燈等的耦合系統(tǒng)多采用橢圓反射器，LED光源發(fā)光特性不同，目前耦合系統(tǒng)多采用透鏡組。反射器的光效高達(dá)90%以上，有些特殊鍍膜的甚至可達(dá)95%以上，而常用的PMMA透鏡光效最高94%，多透鏡疊加后光效將下降到80%左右，甚至更低。反射器耦合系統(tǒng)的效率將高于透鏡組耦合系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種耦合光效高、設(shè)計(jì)加工簡單和體積小的基于橢圓反射器的光纖照明用LED光源耦合裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種光纖照明用LED光源耦合裝置，其包括光筒體，以及放置于光筒體內(nèi)的橢圓反射器、LED光源和光纖固定端口 ；其特征在于所述LED光源放置于橢圓反射器的左焦點(diǎn)處，光纖固定端口位于橢圓反射器的右焦點(diǎn)處。所述橢圓反射器內(nèi)設(shè)有散熱片，所述LED光源安裝在散熱片兩側(cè)。所述的橢圓反射器的形狀由如下方法確定結(jié)合放置在光纖固定端口的光纖的光纖數(shù)值孔徑角，采用逼近算法計(jì)算得不同偏心率橢圓反射器外形結(jié)構(gòu)，運(yùn)用切割移位法改進(jìn)，光學(xué)建模仿真得到一組偏心率和光纖直徑匹配的耦合裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)。所述逼近算法是對于給定橢圓偏心率，任意選取橢圓長半軸，根據(jù)橢圓幾何結(jié)構(gòu)關(guān)系和光纖數(shù)值孔徑角，計(jì)算得橢圓短半軸、切割高度和切割處截面半徑；當(dāng)長半軸選取恰當(dāng)，則切割處截面半徑等于結(jié)合反射器大小和系統(tǒng)散熱預(yù)先設(shè)定的反射器開口半徑，得橢圓反射器初步外形結(jié)構(gòu)；
所述切割移位法是將橢圓反射器切割為完全相同的兩個(gè)橢圓反射片，兩個(gè)橢圓反射片通過固定件固定在兩側(cè)安裝有LED光源的散熱片兩側(cè)，并繞與光軸垂直且過橢圓反射器切割所得兩個(gè)左焦點(diǎn)的兩個(gè)軸旋轉(zhuǎn)調(diào)整；
所述光學(xué)建模仿真是在光學(xué)仿真軟件中對單一直徑光纖建立不同偏心率橢圓反射器耦合裝置模型，比較耦合光效，得出偏心率和光纖直徑匹配的橢圓反射器。所述的橢圓反射器為金屬材料，內(nèi)表面電鍍有金屬薄膜形成反光面。
所述的散熱片采用高導(dǎo)熱能力材料制備。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)和效果本發(fā)明提供一種基于橢圓反射器的光纖照明用LED光源耦合裝置，采用逼近算法獲得橢圓初步結(jié)構(gòu)參數(shù)，保證了光纖端面接受到的光線最大化且不大于光纖數(shù)值孔徑角，使光纖入射端面接受到的無法有效傳輸?shù)墓饩€照度最小化，以免損壞光纖端面。將兩顆LED燈珠安裝在散熱片兩側(cè)，類似金鹵燈的側(cè)發(fā)光，便于光線耦合。該橢圓反射器耦合裝置具有耦合光效高、設(shè)計(jì)加工簡單和體積小等優(yōu)點(diǎn)，在諸如室內(nèi)裝飾和礦燈等光纖照明場所具有良好的應(yīng)用前景。


圖I為橢圓反射器耦合裝置結(jié)構(gòu)截面圖； 圖2為橢圓反射器耦合裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)立體 圖3為橢圓反射器結(jié)構(gòu)參數(shù)示意 圖4為橢圓反射器豎直方向移動(dòng)不意 圖5為橢圓反射器旋轉(zhuǎn)移動(dòng)示意 圖6為耦合光效和橢圓偏心率關(guān)系曲線 圖7為耦合裝置在光纖端面照度分布圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述
如圖I和圖2所示，本發(fā)明光纖照明用LED光源耦合裝置，其包括光筒體I，以及放置于光筒體I內(nèi)的橢圓反射器2、散熱片3、LED光源4、光纖固定端口 5,還包括置于光纖固定端口 5的光纖6。LED光源4放置于橢圓反射器2的左焦點(diǎn)處,光纖6的入射端面放置于橢圓反射器2的右焦點(diǎn)處。LED光源4安裝在散熱片3的兩側(cè)。光纖6為直徑10mm、數(shù)值孔徑NA=O. 5的大孔徑聚合物光纖，則光纖的數(shù)值孔徑角
IX = j\J°°本實(shí)施方式中，所述反射器2通過如下步驟確定
圖3為橢圓反射器2的初步結(jié)構(gòu)參數(shù)示意圖,設(shè)開口半徑= 2—m，偏心率選取從O. 72到O. 92之間變化，步長為O. 2。對于給定橢圓偏心率，首先任意選取橢圓長半軸S，根據(jù)橢圓幾何結(jié)構(gòu)關(guān)系和光纖數(shù)值孔徑角，可計(jì)算得橢圓短半軸^切割高度7*3和切割處截面半徑:Γ,,。當(dāng)長半軸S選取恰當(dāng)，則切割處截面半徑if。等于設(shè)定反射器開口半徑辦，得橢圓反射器2初步結(jié)構(gòu)參數(shù)。下表為開口半徑狗=，不同偏心率橢圓反射器2初步結(jié)構(gòu)參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種光纖照明用LED光源耦合裝置，其包括光筒體(I )，以及放置于光筒體(I)內(nèi)的橢圓反射器(2)、LED光源(4)和光纖固定端口(5);其特征在于所述LED光源(4)放置于橢圓反射器(2)的左焦點(diǎn)處,光纖固定端口(5)位于橢圓反射器(2)的右焦點(diǎn)處。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖照明用LED光源耦合裝置，其特征在于所述橢圓反射器(2 )內(nèi)設(shè)有散熱片(3 )，所述LED光源(4 )安裝在散熱片(3 )兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖照明用LED光源耦合裝置，其特征在于所述的橢圓反射器(2)的形狀由如下方法確定結(jié)合放置在光纖固定端口(5)的光纖(6)的光纖數(shù)值孔徑角，采用逼近算法計(jì)算得不同偏心率橢圓反射器外形結(jié)構(gòu)，運(yùn)用切割移位法改進(jìn)，光學(xué)建模仿真得到一組偏心率和光纖直徑匹配的耦合裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)； 所述逼近算法是對于給定橢圓偏心率，任意選取橢圓長半軸，根據(jù)橢圓幾何結(jié)構(gòu)關(guān)系和光纖數(shù)值孔徑角，計(jì)算得橢圓短半軸、切割高度和切割處截面半徑；當(dāng)長半軸選取恰當(dāng)，則切割處截面半徑等于結(jié)合反射器大小和系統(tǒng)散熱預(yù)先設(shè)定的反射器開口半徑，得橢圓反射器(2)初步外形結(jié)構(gòu)； 所述切割移位法是將橢圓反射器(2)切割為完全相同的兩個(gè)橢圓反射片，兩個(gè)橢圓反射片通過固定件固定在兩側(cè)安裝有LED光源(4)的散熱片(3)兩側(cè)，并繞與光軸垂直且過橢圓反射器切割所得兩個(gè)左焦點(diǎn)的兩個(gè)軸旋轉(zhuǎn)調(diào)整； 所述光學(xué)建模仿真是在光學(xué)仿真軟件中對單一直徑光纖建立不同偏心率橢圓反射器耦合裝置模型，比較耦合光效，得出偏心率和光纖直徑匹配的橢圓反射器(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖照明用LED光源耦合裝置，其特征在于所述的橢圓反射器(2)為金屬材料，內(nèi)表面電鍍有金屬薄膜形成反光面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖照明用LED光源耦合裝置，其特征在于所述的散熱片(3)采用高導(dǎo)熱能力材料制備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖照明用LED光源耦合裝置，其包括光筒體，以及放置于光筒體內(nèi)的橢圓反射器、散熱片、LED光源和光纖固定端口，還包括置于光纖固定端口的光纖。LED光源放置于橢圓反射器的左焦點(diǎn)處，光纖入射端面放置于橢圓反射器的右焦點(diǎn)處，光源所發(fā)出的光線將被反射到右焦點(diǎn)，耦合進(jìn)光纖進(jìn)行傳輸。LED光源的安裝是將兩顆LED燈珠安裝在柱狀散熱片體側(cè)。本發(fā)明光纖照明用耦合裝置耦合光效高、設(shè)計(jì)加工簡單、體積小。
文檔編號F21Y101/02GK102767793SQ20121023875
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者付倩, 周鎮(zhèn), 蘇成悅 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)