CN206450867U - 一种用于光纤照明的准直耦合系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种用于光纤照明领域的单透镜准直耦合系统，包括LED芯片、耦合透镜、光纤，LED芯片发出的光通过耦合透镜准直进入光纤，LED芯片、耦合透镜和光纤的中心轴处于同一轴线，LED芯片位于耦合透镜的前焦点；LED芯片的发光面呈中心对称且面积为0.36～2.25mm2，耦合透镜是呈中心轴对称的近半球体透镜，包括近光源面和远光源面，近光源面是曲率半径大于15mm的球面或非球面，远光源面是半径为1～1.35mm之间的球面或非球面；透镜的前焦距离为0.1～0.3mm，中心厚度为0.7～1.2mm；透镜采用折射率在1.6～1.85之间的固体材料制成。本实用新型结构简单，生产成本低，耦合效率较高。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤照明领域，具体地涉及一种用于光纤照明的准直耦合系统。
背景技术
随着LED冷光源的发展，其功率不断增长，已出现100流明及以上的LED芯片。传统的LED照明由于其电源离灯很近，在要求防火防漏电的场合，其灯源存在装置复杂、成本高且维修困难、使用寿命短等问题。
近年来兴起的光纤照明是采用光导纤维将经过耦合系统准直的光束传导至任意区域的一种高科技技术，可以实现光和电的分离。在防火防漏电的场合，如石油、化工、泳池等场合，可以将易产生热量和带电的光源放置在安全和易维修的地方，即可克服上述问题。
传统的光纤照明，以金卤素灯等为光源，耦合系统多采用反射器。目前，基于LED芯片功率的增长，以及其寿命长、响应时间短、能耗低、耐冲击等特性，越来越多的研究者将目光投向LED，采用LED作为光纤照明系统的光源。当采用LED作为光纤照明的光源时，市面上的光纤照明耦合系统主要采用透镜组。光束透过多个透镜，光耦合效率大大降低，同时透镜组作为耦合系统，导致耦合系统结构和装配工艺复杂，成本也大大增加。
发明内容
为解决透镜组耦合系统的耦合效率低下，耦合系统结构和装配工艺复杂的问题，本实用新型提供一种用于光纤照明领域的单透镜准直耦合系统，
本实用新型的技术方案为：
一种用于光纤照明的准直耦合系统，包括LED芯片、耦合透镜、光纤，所述LED芯片发出的光通过耦合透镜准直进入光纤，所述LED芯片、耦合透镜和光纤的中心轴处于同一轴线，所述LED芯片位于耦合透镜的前焦点；所述LED芯片在靠近耦合透镜一侧具有发光面，所述发光面呈中心对称且面积为0.36～2.25mm2，所述耦合透镜是呈中心轴对称的近半球体透镜，所述耦合透镜包括近光源面和远光源面，近光源面是曲率半径大于15mm的球面或非球面，远光源面是半径为1～1.35mm之间的球面或非球面；所述耦合透镜的前焦距离为0.1～0.3mm，所述耦合透镜的中心厚度为0.7～1.2mm；所述耦合透镜采用折射率在1.6～1.85之间的固体材料制成。
本实用新型的进一步改进在于，所述光纤为直径为1.5～3mm光纤。
本实用新型的进一步改进在于，所述耦合透镜材料为折射率是1.6～1.85的玻璃。
本实用新型的进一步改进在于，所述耦合透镜的近光源面和远光源面镀有增透膜。
本实用新型的进一步改进在于，所述耦合透镜的近光源面为平面。
本实用新型的进一步改进在于，所述耦合透镜还包括边缘面，耦合透镜的边缘厚度为0.2～0.5mm。
本实用新型的进一步改进在于，所述发光面为0.6～1.5mm×0.6～1.5mm的正方形。
本实用新型的进一步改进在于，还包括密封套管，所述密封套管内部固定有耦合透镜，所述密封套管的一端固定有LED芯片，密封套管的另一端固定有光纤。
本实用新型的进一步改进在于，所述密封套管的内部涂有反光材料层。
本实用新型的进一步改进在于，所述密封套管采用绝缘的材料制成。
本实用新型的进一步改进在于，所述光纤为塑料光纤。
本实用新型的进一步改进在于，所述耦合透镜的前焦距离为0.2mm，所述耦合透镜的中心厚度为1.2mm，近光源面为平面，远光源面为半径为1.1mm的球面，所述耦合透镜采用折射率在1.75的玻璃制备；
本实用新型的进一步改进在于，所述LED芯片的发光面为1mm×1mm正方形，所述光纤采用直径为2mm的塑料光纤。
本实用新型的有益技术效果在于：
一种用于光纤照明的准直耦合系统，包括LED芯片、耦合透镜、光纤，所述LED芯片发出的光通过耦合透镜准直进入光纤，所述LED芯片、耦合透镜和光纤的中心轴处于同一轴线，所述LED芯片位于耦合透镜的前焦点，所述LED芯片的发光面为0.6～1.5mm×0.6～1.5mm，保证光的入射角度小，所述耦合透镜是呈中心轴对称的近半球体透镜，所述耦合透镜包括近光源面和远光源面，近光源面是曲率半径大于15mm的球面或非球面，远光源面是半径为1～1.35mm之间的球面或非球面；所述耦合透镜的前焦距离为0.1～0.3mm，所述耦合透镜的中心厚度为0.7～1.2mm；所述透镜采用折射率在1.6～1.85之间的固体材料制成，使透镜的数值孔径大，对光的接收能力大，提高耦合系统的耦合效率。
所述耦合透镜采用玻璃制备，玻璃耐高温，可减少光源附近的高温对耦合透镜折射率的影响，提高耦合效率；耦合透镜的近光源面和远光源面镀有增透膜，可减少由于光反射产生的光损耗，进一步提高耦合效率；密封套管的内部设有反光材料层，可减少光损耗，耦合系统的同时可以与价格低廉的塑料光纤相耦合，降低生产成本。
本实用新型提供的耦合系统结构简单，体积小，重量轻以及生产成本低，同时还能保证较高耦合效率。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的结构示意图。
图1中标号的说明：1-LED芯片，2-耦合透镜，3-光纤，4-密封套管，101-发光面，201-近光源面，202-远光源面，203-边缘面，401-反光材料层。
具体实施方式
为进一步说明本实用新型，将结合附图进行详细说明。
实施例1:
一种用于光纤的准直耦合系统，包括LED芯片1、耦合透镜2、光纤3和密封套管4，所述LED芯片1发出的光通过耦合透镜2准直进入光纤3，所述LED芯片1、耦合透镜2和光纤3的中心轴处于同一轴线，所述LED芯片1位于耦合透镜2的前焦点；所述密封套管4的一端固定有LED芯片1，密封套管4的另一端固定有光纤3。所述耦合透镜2是呈中心轴对称的近半球体透镜，所述耦合透镜2的前焦距为0.2mm，所述耦合透镜2的中心厚度为1.2mm，所述耦合透镜2包括近光源面201、远光源面202和边缘面203，近光源面201为平面，远光源面202是半径为1.2mm的球面，所述耦合透镜2的边缘厚度为0.2mm；所述耦合透镜采用折射率在1.75的玻璃制备；所述LED芯片1在靠近耦合透镜2一侧具有发光面101，所述发光面101为1mm×1mm的正方形，所述密封套管4采用绝缘材料制成，密封套内设有反光材料层401，所述光纤3采用直径为2mm的塑料光纤。
采用实施例1所述一种用于光纤照明的准直耦合系统，测量其耦合效率，其测量方法如下：
将裸光源焊好连接后，恒流0.5A，稳定30秒。测量采用积分球测量裸光源的光通量Φ1。测试完毕后，装上密封套管4(内固定有耦合透镜2)和20cm光纤。采用0.5A电流驱动光源，稳定30秒，测量光纤端头的光通量Φ2，按以下公式计算光通量。
光耦合效率＝Φ1/Φ2×100％
实施例1所述用于光纤3照明的准直耦合系统，其光耦合效率见表1。
表1中，列出了实施例2-9中的准直耦合系统的部分技术特征，实施例2-9的其他技术特征与实施例1相同。
表1各实施例中，准直耦合系统的耦合效率
①耦合透镜的参数包括近光源面曲面半径R、远光源面曲面半径r，中心厚度H，前焦距离FL。
①耦合透镜2的参数包括近光源面201曲面半径R、远光源面202曲面半径r，中心厚度H，前焦距离FL。
根据表1的数据，实施例1与实施例6对比，仅LED芯片1的发光面101的面积不同，实施例1中的发光面101为1mm×1mm的正方形，实施例6的发光面101为1.5m×1.5m的正方形，实施例1的耦合效率为65％，实施例6的耦合效率为63.7％，这表明的LED芯片1发光面101的面积越大，耦合系统的耦合效率越低。
实施例1与实施例7对比，实施例1的耦合透镜2有镀增透膜，实施例7的耦合透镜2未镀增透膜，其他技术特征都相同，实施例1的耦合效率为65％，实施例7的耦合效率为61.3％，这表明耦合透镜2的近光源面201和远光源面202镀增透膜，有利于提高耦合系统的耦合效率。
实施例7与实施例8对比，实施例7采用了折射率为1.7的玻璃制备的耦合透镜2，实施例8采用了折射率为1.58的光学塑料PC制备的耦合透镜2，两实施例仅耦合透镜2的材料有所不同，实施例7的耦合效率为61.3％，实施例8的耦合效率为57.5％，这表明透镜的材料对耦合效率有所影响，玻璃材质的耦合透镜2更有利于提高耦合系统的耦合效率。
对于本领域的技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于光纤照明的准直耦合系统，其特征在于：包括LED芯片、耦合透镜、光纤，所述LED芯片发出的光通过耦合透镜准直进入光纤，所述LED芯片、耦合透镜和光纤的中心轴处于同一轴线，所述LED芯片位于耦合透镜的前焦点；所述LED芯片在靠近耦合透镜一侧具有发光面，所述发光面呈中心对称且面积为0.36～2.25mm2，所述耦合透镜是呈中心轴对称的近半球体透镜，所述耦合透镜包括近光源面和远光源面，近光源面是曲率半径大于15mm的球面或非球面，远光源面是半径为1～1.35mm之间的球面或非球面；所述耦合透镜的前焦距离为0.1～0.3mm，所述耦合透镜的中心厚度为0.7～1.2mm；所述耦合透镜为折射率在1.6～1.85之间的固体材料制成的透镜。
2.根据权利要求1所述的一种用于光纤照明的准直耦合系统，其特征在于：所述光纤为直径为1.5～3mm光纤。
3.根据权利要求1所述的一种用于光纤照明的准直耦合系统，其特征在于：所述耦合透镜材料为折射率是1.6～1.85的玻璃耦合透镜。
4.根据权利要求1所述的一种用于光纤照明的准直耦合系统，其特征在于：所述耦合透镜的近光源面和远光源面镀有增透膜。
5.根据权利要求1所述的一种用于光纤照明的准直耦合系统，其特征在于：所述耦合透镜的近光源面为平面。
6.根据权利要求1所述的一种用于光纤照明的准直耦合系统，其特征在于：所述耦合透镜还包括边缘面，耦合透镜的边缘厚度为0.2～0.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于光纤照明的准直耦合系统，其特征在于：所述LED芯片的发光面为0.6～1.5mm×0.6～1.5mm的正方形。
8.根据权利要求1所述的一种用于光纤照明的准直耦合系统，其特征在于：还包括密封套管，所述密封套管内部固定有耦合透镜，所述密封套管的一端固定有LED芯片，密封套管的另一端固定有光纤。
9.根据权利要求8所述的一种用于光纤照明的准直耦合系统，其特征在于：所述耦合透镜的前焦距离为0.2mm，所述耦合透镜的中心厚度为1.2mm，近光源面为平面，远光源面为半径为1.1mm的球面，所述耦合透镜为折射率在1.75的玻璃透镜。
10.根据权利要求1所述的一种用于光纤照明的准直耦合系统，其特征在于：所述LED芯片的发光面积为1mm×1mm，所述光纤为直径是2mm的PMMA光纤。
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Granted publication date: 20170829 Effective date of abandoning: 20180724 |
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