CN107085269B - 光纤照明耦合系统 - Google Patents

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Abstract

一种光纤照明耦合系统，包括LED芯片、耦合透镜、塑料光纤、PCB、LED芯片座和透镜座，LED芯片座安装在PCB上，在该LED芯片座底部开设有安装孔，LED芯片通过安装孔安装在PCB上，透镜座一端安装在LED芯片座内，在透镜座两端面之间开设有通孔，该通孔与安装孔的中心线重合，在通孔内靠近LED芯片处设置耦合透镜，塑料光纤从通孔内另一端插入。本发明采用高折射率光学玻璃材料其象差较小，采用近半球，物方数值孔径大，对光接收能力大，因此有较好的效率，同时有体积小，重量轻，用玻璃材料抵抗LED芯片热量对透镜及光纤的影响。

Description

光纤照明耦合系统
技术领域
本发明为LED照明领域，具体涉及光纤照明耦合系统。
背景技术
传统的LED照明有一个较大的缺点，其电源离灯很近，在要求防火防漏电场景其装置复杂、成本较高、维修也较麻烦，在用于文物照明、水下照明等要求防火防漏电的照明领域，采用传统的LED照明容易引发危险，随着LED冷光源的发展，其功率不断增长，已出现100流明及以上芯片，为实现光纤照明提供了条件，但是采用光纤照明需要对耦合聚光系统有很高的要求，避免损耗，提高耦合效率，耦合聚光系统的选择直接影响到光纤导光率及光照强度，光温度等参数，因此需要提供一种高利用率的一种塑料光纤照明耦合系统。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出光纤照明耦合系统，具体技术方案如下：一种光纤照明耦合系统，其特征在于：包括LED芯片(1)、耦合透镜(2)、塑料光纤(3)、PCB(4)、LED芯片座(5)和透镜座(6)，所述LED芯片座(5)安装在所述PCB(4)上，在该LED芯片座(5)底部开设有安装孔，所述LED芯片(1)通过所述安装孔安装在所述PCB(4)上，所述透镜座(6)一端安装在所述LED芯片座(5)内，在所述透镜座(6)两端面之间开设有通孔，该通孔与所述安装孔的中心线重合，在所述通孔内靠近所述LED芯片(1)处设置所述耦合透镜(2)，所述塑料光纤(3)从所述通孔内另一端插入，所述耦合透镜(2)为半球透镜，该耦合透镜(2)材料折射率n在1.55～1.85之间，该耦合透镜(2)的球面半径为1.02～1.41mm之间。
为更好的实现本发明，可进一步为：所述耦合透镜(2)为光学玻璃材质ZF13或SF11，所述耦合透镜(2)由第一平面和第二球面组成，该耦合透镜(2)的第二面球面半径R为1.159mm，透镜中心厚度H为1.055mm，该透镜通光孔径为
Figure BDA0001321283060000021
外径为/>
Figure BDA0001321283060000022
该透镜边缘厚度d为0.26mm，前焦距fl为0.1～0.2mm。
进一步地：所述塑料光纤(3)直径为1～3mm。
进一步地：所述塑料光纤(3)直径为1mm，1.5mm，2mm，2.5mm或者3mm。
进一步地：在所述耦合透镜(2)的平面和球面上分别镀有增透膜，镀膜面反射率小于0.5％。
进一步地：所述耦合透镜(2)涉及的波长为380nm～2000nm。
进一步地：所述LED芯片(1)的发光面为0.6～1.5mm X 0.6～1.5mm。
本发明的有益效果为：本发明采用高折射率光学玻璃材料其象差较小，采用近半球，物方数值孔径大，对光接收能力大，因此有较好的效率，同时有体积小，重量轻，用玻璃材料抵抗LED芯片热量对透镜及光纤的影响。
附图说明
图1为本发明的结构图；
图2为LED光线耦合示意图；
图3为耦合透镜结构示意图；
图4为耦合透镜未镀膜时材料折射率与耦合效率的变化趋势；
图5为耦合镀膜后的耦合效率与材料折射率变化趋势；
图6为耦合镀膜后增加的耦合效率与材料折射率变化趋势；
图7为耦合透镜中心厚度H和第二面半径R与耦合效率的灰度差图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1至图3所示：一种光纤照明耦合系统，包括LED芯片1、耦合透镜2、塑料光纤3、PCB4、LED芯片座5和透镜座6，该PCB4采用铝基材，起通电、固定、导热的作用。LED芯片座5安装在PCB4上，在该LED芯片座5底部开设有安装孔，LED芯片1通过安装孔安装在PCB4上，透镜座6一端安装在LED芯片座5内，在透镜座6两端面之间开设有通孔，该通孔与安装孔的中心线重合，在通孔内靠近LED芯片1处设置耦合透镜2，塑料光纤3从通孔内另一端插入，耦合透镜2为半球透镜，该耦合透镜2为光学玻璃材质，该耦合透镜2材料折射率在1.55～1.85之间，如图4所示：数据的耦合效率在材料的折射率1.8附近达到最大值。
该耦合透镜2的第二面球面半径为1.02～1.43mm之间。该耦合透镜2的球面半径R选择为1.159mm，透镜中心厚度H为1.055mm，该透镜通光孔径为
Figure BDA0001321283060000031
Figure BDA0001321283060000032
外径为/>
Figure BDA0001321283060000033
该透镜边缘d的厚度为0.26mm，前焦距fl为0.1～0.2mm，通光孔径为2mm。如图7所示：其中可以找到最大耦合效率区域在第二面球半径R1.02～1.41mm间和中心厚度H为0.5～1.4mm所成的区域内。
塑料光纤3直径为1～3mm，可选择1mm，1.5mm，2mm，2.5mm，3mm的直径。
在耦合透镜2的平面和球面上分别镀有增透膜，镀膜面反射率小于0.5％。如图5至图6所示：可以看出耦合透镜2在镀了增透膜后，耦合效率增加幅度随着材料折射率增加而增加。
耦合透镜2涉及的波长为380nm～2000nm。
LED芯片1的发光面为0.6～1.5mm X 0.6～1.5mm。

Claims (6)

1.一种光纤照明耦合系统，其特征在于：包括LED芯片（1）、耦合透镜（2）、塑料光纤（3）、PCB（4）、LED芯片座（5）和透镜座（6），所述LED芯片座（5）安装在所述PCB（4）上，在该LED芯片座（5）底部开设有安装孔，所述LED芯片（1）通过所述安装孔安装在所述PCB（4）上，所述透镜座（6）一端安装在所述LED芯片座（5）内，在所述透镜座（6）两端面之间开设有通孔，该通孔与所述安装孔的中心线重合，在所述通孔内靠近所述LED芯片（1）处设置所述耦合透镜（2），所述塑料光纤（3）从所述通孔内另一端插入，所述耦合透镜（2）为半球透镜，该耦合透镜（2）材料折射率n在1.55~1.85之间，该耦合透镜（2）的球面半径为1.02~1.41mm之间；
所述耦合透镜（2）为光学玻璃材质，所述耦合透镜（2）由第一平面和第二球面组成，该耦合透镜（2）的第二面球面半径R为1.159mm，透镜中心厚度H为1.055mm，该透镜通光孔径为φ2.0mm，外径为φ2.2mm，该透镜边缘厚度d为0.26mm，前焦距fl为0.1~0.2mm。
2.根据权利要求1所述光纤照明耦合系统，其特征在于：所述塑料光纤（3）直径为1~3mm。
3.根据权利要求2所述光纤照明耦合系统，其特征在于：所述塑料光纤（3）直径为1mm，1.5mm，2mm，2.5mm或者3mm。
4.根据权利要求1所述光纤照明耦合系统，其特征在于：在所述耦合透镜（2）的平面和球面上分别镀有增透膜，镀膜面反射率小于0.5%。
5.根据权利要求1所述光纤照明耦合系统，其特征在于：所述耦合透镜（2）涉及的波长为380nm~2000nm。
6.根据权利要求1所述光纤照明耦合系统，其特征在于：所述LED芯片（1）的发光面为0.6～1.5mm X 0.6～1.5mm 。
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