专利名称：一种led光源耦合器的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED照明装置，特别是涉及一种用于LED光源传导用LED光源耦合器。
背景技术：
为了降低能耗、提高安全性，并适应仪器小型化的趋势，目前，LED光源，尤其是面发光的高亮度LED光源，正在逐步取代传统卤钨灯、氙灯等高能耗、短寿命的光源，获得了广泛的应用。高亮度LED光源具有启动时间短、亮度高、能耗低、体积小、寿命长、安全性高等优点，可以克服目前仪器发展中面临的许多瓶颈，但是作为面发光光源，与传统光源的灯丝发光，气体放电发光相比具有许多不同的特点，集中表现在能量耦合效率不高、光均匀度差等方面。当前普遍采用的技术是采用光传输介质与高亮度LED光源发光面紧密接触，实现光能量耦合的方法，但是由于LED光源为朗伯体发光，在180°角内都有光出射，因此能量耦合效率很低，如图1所示。还有一种普遍采用的方法是采用聚光透镜组来进行光耦合，如图2所示，高亮度LED发出的光线，首先经过聚光透镜组的聚光，将光斑聚焦到光传输介质的入射端面上，从而实现比较高的能量耦合效率，但是这种方法采用了多个镜片组成的透镜组，大大增加了成本，而且体积比较大，很难符合仪器小型化的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种低成本、小体积、能量耦合效率高、光均匀度好的LED光源耦合器。为达到上述目的，本发明的技术方案是:一种LED光源耦合器，所述LED光源耦合器具有光源入射端面和光源出射端面，所述入射端面与LED光源发光面形状匹配，所述出射端面为矩形、圆形或多边形。优选的，所述入射端面尺寸小于出射端面尺寸。优选的，所述LED光源耦合器整体呈锥形。优选的，所述LED光源耦合器的表面光洁平滑。优选的，所述LED光源耦合器为积分棒、反光碗和透镜组中任意一种或数种组合。优选的，所述LED光源耦合器的入射端面为矩形，所述出射端面为矩形或圆形。优选的，所述LED光源耦合器分为入射段和出射段，所述出射段为矩形柱或圆柱，所述入射段由入射端面逐步向出射段平滑过渡。优选的，所述LED光源耦合器分为入射段和出射段，所述出射段的横截面从靠近入射段一端向出射端面一端逐步平滑缩小的矩形柱、圆锥柱或多边形锥柱，所述入射段由入射端面逐步向出射段平滑过渡。优选的，所述LED光源耦合器分为入射段和出射段，所述出射段的横截面从靠近入射段一端向出射端面一端逐步平滑放大的矩形柱、圆锥柱或多边形锥柱，所述入射段为矩形柱、圆柱或多边形柱，其横截面与出射段和入射段相邻的处的横截面一致。一种LED光源耦合器，所述LED光源耦合器设有一中空腔体，所述中空腔体包络的形状为权利要求5、权利要求6、权利要求7、权利要求8、或权利要求9所述的LED光源耦合器的形状。采用本技术方案的有益效果是:采用与LED发光面相一致的入射端面，降低了漏光率，出射端面为矩形、圆形或多边形，可以方便的与各种后续设备如光纤匹配，或直接出射光源，该耦合器低成本、小体积、能量耦合效率高、光均匀度好。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为现有技术中光传输介质直接与高亮度LED光源耦合的示意 图2为现有技术中耦合透镜组来实现高亮度LED光源与光传输介质耦合的示意 图3为本发明LED光源耦合器实施例1的结构示意 图4为本发明LED光源耦合器实施例2的结构示意 图5为本发明LED光源耦合器实施例3的结构示意 图6为本发明LED光源稱合器实施例4的结构不意 图7为本发明LED光源耦合器实施例5的结构示意 图8为本发明LED光源稱合器实施例6的结构不意 图9为本发明LED光源耦合器实施例7的结构示意 图10为本发明LED光源耦合器实施例8的结构示意 图11为本发明LED光源耦合器实施例9的结构示意图。主要元件标记说明:
1:高亮度LED模组；
2=LED发光芯片；
3:光稱合器的入射段；
3,:光耦合器的入射段；
31:光耦合器的方形入射端面；
32:光耦合器的圆形出射端面；
4:光耦合器的出射段；
4,:光耦合器的出射段；
5:光稱合器的定位板；
6:宽带高反射膜；
7:光传输介质
8:耦合透镜组 具体实施方式
=
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的七种技术方案进行具体的说明。实施例1;
一种LED光源耦合器，具有光源入射端面31和光源出射端面32，所述入射端面31与LED光源发光面形状匹配，这里采用和普通LED光源芯片发光面一致的矩形，所述出射端面32也为矩形(也可根据需要采用圆形或多边形，比如正五边形、正六边形或矩形的四角倒直线角或倒小圆角的多边形)。并且所述入射端面31尺寸小于出射端面32的尺寸，本实施例所述LED光源耦合器整体呈锥形，其表面光洁平滑。图3展示了本实施例在照明领域一种紧凑型的高亮度LED光源与光传输介质进行耦合方案一的结构示意图，其中从高亮度LED模组I的芯片2中发出的光线，首先耦合到光耦合器的锥形结构部分3，该锥形结构的材料为可见光范围内高透过率的光学玻璃、塑料或其它高透过率材料，该锥形结构入射端面31为矩形或其它形状，其尺寸以接近光源尺寸为优，出射端面32为矩形或圆形，其尺寸以与光传输介质入射端面匹配为优。其入射端尺寸小于出射端尺寸，其工作面为外表面，要求表面光滑，光洁度高，以提高全反射效率，光线在锥形结构中经过多次全反射，使从多个芯片发出来的光进行了均匀混合，并且光线角度被大大压缩。定位板5的内表面在可见光波段镀宽带高反膜6，宽带高反膜的作用是防止夹具与光稱合器接触的部分形成漏光，光传输介质7为光纤等光波导器件，与光稱合器的出射面紧靠接触，从而将从光耦合器出射的能量耦合进入光纤，对所需的区域进行照明。实施例2，
本实施例中，所述LED光源耦合器分为入射段3和出射段4，所述出射段4为矩形柱，所述入射段3由入射端面31逐步向出射段4平滑放大。图4展示了本实施例在照明领域一种紧凑型的高亮度LED光源与光传输介质进行耦合方案二的结构示意图，其中从高亮度LED模组I的芯片2中发出的光线，首先耦合到光耦合器的锥形结构部分(即入射段3)，该锥形结构的材料为可见光范围内高透过率的光学玻璃、塑料或其它高透过率材料，该锥形结构入射端面31为矩形，其尺寸以接近光源尺寸为优，出射端面32为矩形，其尺寸以与光传输介质入射端面匹配为优。其入射端面31尺寸小于出射端面32尺寸，光线在锥形结构中经过多次全反射，使从多个芯片发出来的光进行了均匀混合，并且光线角度被大大压缩，该阶段的光耦合过程与方案一的耦合过程基本相同。经过压缩后的光线进入光耦合器的矩形部分出射段4，光耦合器的锥形结构入射段3和矩形结构出射段4均采用可见光波段高透过率材料，矩形结构出射段4的主要作用是位光耦合器提供一个方便的固定面，定位板5的内表面在可见光波段镀宽带高反膜6，宽带高反膜6的作用是防止夹具与光耦合器接触的部分形成漏光，光传输介质7为光纤等光波导器件，与光耦合器的出射端面41紧靠接触，从而将从光耦合器出射的能量耦合进入光纤，对所需的区域进行照明。实施例3，
所述LED光源耦合器分为入射段3和出射段4，所述出射段4的横截面从靠近入射段
3一端向出射端面32 —端逐步平滑放大的矩形柱(也可以根据需要选择圆锥柱或多边形锥柱)，所述入射段3为矩形柱(也可以根据需要选择圆柱或多边形柱)，其横截面与出射段4和入射段3相邻的处的横截面一致。图5展示了本实施例在照明领域一种紧凑型的高亮度LED光源与光传输介质进行耦合方案三的结构示意图，其中与实施例2的主要区别是光耦合器的入射段3为矩形柱，而出射段4为横截面逐步放大的矩形锥柱，这种结构与实施例1本质上相同，能量耦合效率相当，主要是光耦合器件的定位板5位置靠近高亮度LED模组1，改变了夹具的夹持方式。实施例4，
本实施例其余与实施例2相同，图6展示了本实施例在照明领域一种紧凑型的高亮度LED光源与光传输介质进行耦合方案四的结构示意图，其中与实施例2的主要区别是光耦合器的方形结构出射段4变形为圆柱形结构出射段4'，圆柱形结构出射段4'与锥形部分入射段3均采用可见光波段高透过率材料，光线在其中的传播方式与实施例1相同，圆柱形结构出射段4'的出射面32尺寸与光传输介质7的入射面尺寸匹配。本实施例中，定位板5为环形结构，其内表面镀可见光波段的高反射膜6，通过硅胶等透明介质与圆柱形结构出射段4'的侧壁接触，进行定位，高反射膜6保证光耦合器与定位板5接触的部分不漏光。光传输介质7的入射面与光耦合器的出射面32紧靠接触，从而将从光耦合器出射的能量耦合进入光纤，对所需的区域进行照明。实施例5
一种LED光源耦合器，所述LED光源耦合器设有一中空腔体，所述中空腔体包络的形状为实施例1所述的LED光源耦合器的形状。图7展示了本实施例在照明领域一种紧凑型的高亮度LED光源与光传输介质进行率禹合的空心光稱合器方案一的结构不意图。该结构米用了空心的光稱合器3,光稱合器内表面为工作面，要求表面平滑，光洁度高，并且镀可见光波段高反膜6，光线从高亮度LED模组I的的芯片2中出射后，耦合到光耦合器3，光纤在光耦合器中是通过高反膜的反射进行传输的，而不是实施例1与实施例2中光线在光稱合器中进行全反射进行传输的,该实施例中的定位板5做成矩形或其它结构，采用特制的夹具进行夹持，从光耦合器出射的光按照与实施例1与实施例2相同的方式进行传输。实施例6
一种LED光源耦合器，所述LED光源耦合器设有一中空腔体，所述中空腔体包络的形状为实施例2所述的LED光源耦合器的形状。图8展示了本实施例在照明领域一种紧凑型的高亮度LED光源与光传输介质进行耦合的空心光耦合器方案二的结构示意图。该方案与实施例5均采用了空心光耦合器的结构，光耦合器内表面为工作面，要求表面平滑，光洁度高，镀可见光波段高反膜6。本实施例与实施例5的不同之处是在实施例5锥形部分的出射端，增加了一段结构，使其内部腔体结构分为入射段3和出射段4，出射段4横截面形状为矩形(可根据需要选择圆形)，以能够与光传输介质入射面匹配为优。出射段4与定位板5连接为一整体(或可拆卸连接)，方便了光耦合器的定位。光线从高亮度LED模组I的芯片2中出射后，耦合到光耦合器，光线在光耦合器中通过高反膜的反射，沿光轴以与实施例5相同的方式进行传输，在光耦合器的出射端面32，角度被大大压缩的光束被耦合进光传输介质7，从而实现对所需区域的照明。实施例7，
一种LED光源耦合器，所述LED光源耦合器设有一中空腔体，所述中空腔体包络的形状为实施例4所述的LED光源耦合器的形状。图9展示了本实施例在照明领域一种紧凑型的高亮度LED光源与光传输介质进行耦合的空心光耦合器方案三的结构示意图。该方案与实施例5均采用了空心光耦合器的结构，光耦合器材料选用易于通过抛光实现高光洁度的材料，内表面为工作面，要求表面平滑，光洁度高。光耦合器包括矩形底座3'，其内表面为四个斜切的平面，四个面围成锥形的结构，表面镀可见光波段高反膜6，矩形底座3，的底面有凸台，形成定位板5，定位板通过硅胶或其它方法与高亮度LED模组进行粘结。结构4为圆柱形(或矩形柱、多边形柱体)，其尺寸以与光传输介质入射面匹配为优，光I禹合器的出射端32与光传输介质7紧靠接触,从而实现与以上实施例相同的角度压缩、匀光和提高耦合效率的作用。实施例8，
该实施例基本与实施例2相同，其入射段3和出射段4的横截面都是矩形，图10为实施例2中采用矩形出射端的实心光耦合器的结构示意图，该图明显标示出了光耦合器的锥形结构3由四个斜切的梯形平面构成，光线经过锥形结构，出射角度得到了很大程度的压缩，与锥形结构相连接的是矩形结构出射段4，该结构为长方体形状，为定位板提供了方便的定位面。该光耦合器结构除了能提高耦合效率，还有明显匀光的作用，能显著提高出射光均匀度。实施例9，
本实施例与实施例4基本相同，不同之处在于，其入射段3为圆锥柱体在四个面上斜切，在入射端面31形成一个矩形，图11为实施例4中采用圆柱形出射端的实心光耦合器的结构示意图，该图明显标示出了光耦合器的锥形结构3由四个斜切的平面构成，光线经过锥形结构，出射角度得到了很大程度的压缩，同时光耦合器还有匀光的作用，能显著提高出射光均匀度。以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种LED光源耦合器，其特征在于，所述LED光源耦合器具有光源入射端面和光源出射端面，所述入射端面与LED光源发光面形状匹配，所述出射端面为矩形、圆形或多边形。
2.根据权利要求1所述的LED光源耦合器，其特征在于，所述入射端面尺寸小于出射端面尺寸。
3.根据权利要求2所述的LED光源耦合器，其特征在于，所述LED光源耦合器整体呈锥形。
4.根据权利要求1到3任一所述的LED光源耦合器，其特征在于，所述LED光源耦合器的表面光洁平滑。
5.根据权利要求1到3任一所述的LED光源耦合器，其特征在于，所述LED光源耦合器为积分棒、反光碗和透镜组中任意一种或数种组合。
6.根据权利要求1到3任一所述的LED光源耦合器，其特征在于，所述LED光源耦合器的入射端面为矩形，所述出射端面为矩形或圆形。
7.根据权利要求1到3任一所述的LED光源耦合器，其特征在于，所述LED光源耦合器分为入射段和出射段，所述出射段为矩形柱或圆柱，所述入射段由入射端面逐步向出射段平滑过渡。
8.根据权利要求1到3任一所述的LED光源耦合器，其特征在于，所述LED光源耦合器分为入射段和出射段，所述出射段的横截面从靠近入射段一端向出射端面一端逐步平滑缩小的矩形柱、圆锥柱或多边形锥柱，所述入射段由入射端面逐步向出射段平滑过渡。
9.根据权利要求1到3任一所述的LED光源耦合器，其特征在于，所述LED光源耦合器分为入射段和出射段，所述出射段的横截面从靠近入射段一端向出射端面一端逐步平滑放大的矩形柱、圆锥柱或多边形锥柱，所述入射段为矩形柱、圆柱或多边形柱，其横截面与出射段和入射段相邻的处的横截面一致。
10.一种LED光源耦合器，其特征在于，所述LED光源耦合器设有一中空腔体，所述中空腔体包络的形状为权利要求5、权利要求6、权利要求7、权利要求8、或权利要求9所述的LED光源耦合器的形状。
全文摘要
本发明公开了一种LED光源耦合器，所述LED光源耦合器具有光源入射端面和光源出射端面，所述入射端面与LED光源发光面形状匹配，所述出射端面为矩形、圆形或多边形。采用本技术方案的有益效果是采用与LED发光面相一致的入射端面，降低了漏光率，出射端面为矩形、圆形或多边形，可以方便的与各种后续设备如光纤匹配，或直接出射光源，该耦合器低成本、小体积、能量耦合效率高、光均匀度好。
文档编号F21Y101/02GK103162239SQ20111040866
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者熊大曦 申请人:苏州科医世凯半导体技术有限责任公司