专利名称：一种实现led光源最小输出光束角的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及复合抛物面聚光器领域，具体涉及一种实现LED光源最小输出光束角的装置。
技术背景 随着大功率LED技术的不断成熟，它已在车灯照明、道路照明和舞台照明领域开始应用。由于大功率LED的发光角度和发光面积都比较大，要使其应用于照明或投影，首先要对其进行二次光学设计。大功率LED可划分为无封装透镜型和有封装透镜型两种。对于无封装透镜型LED可借鉴Welford的理论；而对于有封装透镜型LED则不适用。复合抛物面聚光器(CPC)开始主要应用在太阳能聚光领域。根据光路可逆原理，它同样适用于针对扩展光源的聚光领域。现有的复合抛物面设计理论难以实现对加封装透镜型LED的光束角进行随意控制。对于一个投影成像系统来讲，如果聚光后的光束角的太大将会直接影响到系统的出光效率和轴外像差校正难度；所以使得LED输出光束角最小是有其实际意义的。
发明内容本实用新型针对LED光源聚光后光束角太大及难以控制的不足，提出一种实现LED光源最小输出光束角的装置。本实用新型的技术方案如下—种实现LED光源最小输出光束角的装置，包括复合抛物面聚光器、封装的LED光源，所述LED光源和复合抛物面聚光器位于同一条中心线上，LED光源与复合抛物面聚光器的入口端面位于同一平面上。所述的复合抛物面聚光器为反光杯。所述封装的LED光源为大功率LED光源。所述复合抛物面聚光器是经过旋转和平移后的抛物线绕纵轴旋转而成，抛物线的焦点不在与其关于纵轴轴对称的曲线上。
图I为本发明装置的结构示意图。图2为由LED光源发出并经复合抛物面聚光器反射的光线与中心线的最大夹角。图3为由LED光源发出且未经复合抛物面聚光器反射的光线与中心线的最大夹角。图4为LED光源与CPC结构参数。图5为根据实施例绘制的{(tj、{LJ、{kj { β J关系图。
具体实施方式
[0015]如图I所示，一种实现LED光源最小输出光束角的装置包括复合抛物面聚光器I、封装的LED光源2，所述LED光源2和复合抛物面聚光器I位于同一条中心线上，LED光源2与复合抛物面聚光器I的入口端面位于同一平面上。复合抛物面聚光器为反光杯；封装的LED光源为大功率LED光源。其中复合抛物面聚光器是经过旋转和平移后的抛物线绕纵轴旋转而成，抛物线的焦点不在与其关于纵轴轴对称的曲线上。以小变量，对其进行试探性等间隔采样取值。小的下限为0，上限为足够大的有限值；如图2所示，小为由LED光源2发出并经复合抛物面聚光器I反射的光线与中心线的 最大夹角。如图3所示，P为由LED光源2发出且未经复合抛物面聚光器反射I的光线与中心线的最大夹角。由图4中已知复合抛物面聚光器I的出口半径，入口半径a ;封装LED光源2的半径为d，LED光源2封装前的最大半径q;结合(I)、(2)、(3)和(4)式进行计算。/ =—(J+ ^)(1+ sin<j>) (I)；
4/cos$-(a'+g)sin20-4心/"'sin$.( f \
—------ ^ ——^——-———--,(0<^<arcsin —^~ )
k^,(^=o)
4,，げ P = arctan〔-—j (3) k = arctan〔-J (4)从计算结果中，会得出四组离散的数据，且他们之间是一一对应的关系。这四组数据分别为JdLJJkJ和。其中{>ム屯}和W J的量纲是弧度并把其作为纵坐标。ILJ的量纲是长度并作为横坐标。从而可以根据数据组ILJ、{kj和
画出图，在图中便可以找到最小输出光束角所在的位直。当实际要求CPC的出ロ半径a' = 10mm, LED光源选取Cree公司的XLamp XM-L,LED光源2封装前的最大半径q = I. 414mm,封装的LED光源2半径d = 2. 2mm。根据(I)、
(2)、(3)和(4)式的计算结果可以画出图5，从图5中我们可以看出小<k，在截止位置之前始終成立。同时P >小也始終成立。那么从复合抛物面聚光器反射I出来后的光束角由3決定。从图5中可知P在截止位置处取得最小值。在截止位置之后L的数据中带虚部，说明表达式L中根号下的式子小于零，那么利用表达式L中根号下的式子为零以及(I)式便可求出f = 2. 14688，￠= 0. 189217(转化为角度等于10. 84度)。把f和小带入
(2)式可求出L = 59. 3344mm。把L带入(3)式可求出P = 0. 19 (转化为角度等于10. 886度)。则P为10. 886度为本装置输出的最小光束角。根据数据f，小，q，L在TracePix)中进行仿真，可以发现经本发明的装置与方法获得LED光束仿真的效果更优，出光效率更高。
权利要求1.一种实现LED光源最小输出光束角的装置，其特征在于包括复合抛物面聚光器(I)、封装的LED光源(2)，所述LED光源(2)和复合抛物面聚光器(I)位于同一条中心线上，LED光源(2)与复合抛物面聚光器(I)的入口端面位于同一平面上。
2.根据权利要求I所述的实现LED光源最小输出光束角的装置，其特征在于所述的复合抛物面聚光器(I)为反光杯。
3.根据权利要求I所述的实现LED光源最小输出光束角的装置，其特征在于所述封装的LED光源(2)为大功率LED光源。
4.根据权利要求I所述的实现LED光源最小输出光束角的装置，其特征在于所述复合抛物面聚光器(I)是经过旋转和平移后的抛物线绕纵轴旋转而成，抛物线的焦点不在与其关于纵轴轴对称的曲线上。
专利摘要本实用新型公开了一种实现LED光源最小输出光束角的装置，包括复合抛物面聚光器、封装的LED光源，LED光源和复合抛物面聚光器位于同一条中心线上，LED光源与复合抛物面聚光器的入口端面位于同一平面上。本实用新型主要适用于各种照明、投影系统，LED光源输出光束角最小使得投影照明的效果更佳理想。
文档编号F21V7/06GK202442264SQ20122006663
公开日2012年9月19日 申请日期2012年2月27日 优先权日2012年2月27日
发明者刘峰, 林清华, 汤备, 胡义华, 陈丽 申请人:广东工业大学