[发明专利]用于LED光纤耦合光源的全反射配光元件

说明书

技术领域

本发明涉及非成像LED照明技术领域，具体涉及一种用于LED光纤耦合光源的全反射配光元件。

背景技术

LED光纤耦合光源是通过光纤把LED光源发出的光传播到指定区域的一种装置。光纤具有柔性传播的特点，在理论上可以把光线传播到任何地方，满足了实际应用的多元性，同时，光纤对光的传导实现了光电分离，这是一个质的飞跃，不仅提高了安全性能，而且极大的拓宽了光纤照明光源的应用领域，如生命科学、医疗应用和机器视觉等领域。

目前，由于单颗LED芯片的光通量较小，导致耦合后出光量不高，因此大多采用多颗LED芯片集成在一起作为光源，增大耦合光源的出光量。如图1所示，LED光源在进行光纤耦合时，首先采用传统的准直透镜1对每颗LED芯片单独进行准直配光，然后再采用一个大的耦合透镜2对经过准直的多颗LED芯片进行总体耦合，这种配光方式存在两个问题：第一，采用传统的准直透镜1进行准直，只能控制光源O发出的中心部分的光束，而大角度光束由于无法收集而造成浪费，严重降低了光能利用率；第二，配光元件分为准直透镜1和耦合透镜2，两者需要相当精确地配合，否则在装调过程中容易产生严重误差，增大装调难度。

发明内容

为了解决现有对LED光源进行光纤耦合存在的光能利用率低、装调难度大的问题，本发明提供一种用于LED光纤耦合光源的全反射配光元件。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

用于LED光纤耦合光源的全反射配光元件，该配光元件采用机械一体化加工成型，包括呈旋转对称式阵列排布的N个全反射单元，每两个全反射单元均通过平面密接，圆心处排布1个全反射单元，圆周处均匀分布剩余N-1个全反射单元，N=4、5、6、7或9，每两个全反射单元之间的夹角均为360°/（N-1）；

所述全反射单元包括外凸弧形的透射面；上边缘与所述透射面边缘密接的小圆柱面（3）；上边缘与所述小圆柱面下边缘密接在一起的全反射面，所述透射面和全反射面均为旋转对称的自由曲面；

所述全反射面下边缘与平面的上端密接，每个全反射面均与6个平面密接；

该透镜还包括与所述平面的下端密接的外凹弧面；设置在所述外凹弧面中心处的大圆柱面；与所述大圆柱面下边缘密接的圆弧面。

当所述N=7时，7个全反射单元呈旋转对称式阵列排布，圆心处排布1个全反射单元，圆周处均匀分布6个全反射单元，每两个全反射单元之间的夹角为60°。

所述平面的上端为半圆弧形面，下端为柱形面。

所述平面之间通过柱形面两端边缘密接。

所述平面之间的夹角为360°/（N-1），N=4、5、6、7或9。

本发明的有益效果是：

一、本发明采用由透射面4和全反射面5组成的全反射单元，能够完全利用LED光源发出的所有光线，提高了光能利用率；

二、本发明将准直结构和配光单元融为一体，采用机械一体化加工成型，不需要对两者进行装调，降低了装调难度，同时塑成型加工方法，易于大批量、低成本加工；

三、本发明中的每个LED光源发出的光都只经过两个透射面，减小了光线经过多个透射面产生的菲涅尔损失，有利于减小光能损失，提高了光能利用率；

四、本发明可将LED光源发出的光耦合到8mm光纤中，耦合效率高于50%。

附图说明

图1为现有对LED光纤耦合光源进行耦合配光的结示意图；

图2为本发明的用于LED光纤耦合光源的全反射配光元件的平面结构示意图；

图3为全反射单元的结构示意图；

图4为全反射单元中的透射面4的设计原理图；

图5为全反射单元中的全反射面5的设计原理图；

图6为耦合结构的结构示意图；

图7为7个全反射单元呈旋转对称式阵列排布的平面示意图；

图8为本发明的用于LED光纤耦合光源的全反射配光元件的立体结构示意图。

图中：1、准直透镜，2、耦合透镜，3、小圆柱面，4、透射面，5、全反射面，6、圆弧面，7、外凹弧面，8、大圆柱面，9、平面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。