一種實現led光源最小輸出光束角的裝置的製作方法

2023-05-28 21:59:31 1

專利名稱：一種實現led光源最小輸出光束角的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及複合拋物面聚光器領域，具體涉及一種實現LED光源最小輸出光束角的裝置。
技術背景 隨著大功率LED技術的不斷成熟，它已在車燈照明、道路照明和舞臺照明領域開始應用。由於大功率LED的發光角度和發光面積都比較大，要使其應用於照明或投影，首先要對其進行二次光學設計。大功率LED可劃分為無封裝透鏡型和有封裝透鏡型兩種。對於無封裝透鏡型LED可借鑑Welford的理論；而對於有封裝透鏡型LED則不適用。複合拋物面聚光器(CPC)開始主要應用在太陽能聚光領域。根據光路可逆原理，它同樣適用於針對擴展光源的聚光領域。現有的複合拋物面設計理論難以實現對加封裝透鏡型LED的光束角進行隨意控制。對於一個投影成像系統來講，如果聚光後的光束角的太大將會直接影響到系統的出光效率和軸外像差校正難度；所以使得LED輸出光束角最小是有其實際意義的。
發明內容本實用新型針對LED光源聚光後光束角太大及難以控制的不足，提出一種實現LED光源最小輸出光束角的裝置。本實用新型的技術方案如下—種實現LED光源最小輸出光束角的裝置，包括複合拋物面聚光器、封裝的LED光源，所述LED光源和複合拋物面聚光器位於同一條中心線上，LED光源與複合拋物面聚光器的入口端面位於同一平面上。所述的複合拋物面聚光器為反光杯。所述封裝的LED光源為大功率LED光源。所述複合拋物面聚光器是經過旋轉和平移後的拋物線繞縱軸旋轉而成，拋物線的焦點不在與其關於縱軸軸對稱的曲線上。

圖I為本發明裝置的結構示意圖。圖2為由LED光源發出並經複合拋物面聚光器反射的光線與中心線的最大夾角。圖3為由LED光源發出且未經複合拋物面聚光器反射的光線與中心線的最大夾角。圖4為LED光源與CPC結構參數。圖5為根據實施例繪製的{(tj、{LJ、{kj { β J關係圖。
具體實施方式
[0015]如圖I所示，一種實現LED光源最小輸出光束角的裝置包括複合拋物面聚光器I、封裝的LED光源2，所述LED光源2和複合拋物面聚光器I位於同一條中心線上，LED光源2與複合拋物面聚光器I的入口端面位於同一平面上。複合拋物面聚光器為反光杯；封裝的LED光源為大功率LED光源。其中複合拋物面聚光器是經過旋轉和平移後的拋物線繞縱軸旋轉而成，拋物線的焦點不在與其關於縱軸軸對稱的曲線上。以小變量，對其進行試探性等間隔採樣取值。小的下限為0，上限為足夠大的有限值；如圖2所示，小為由LED光源2發出並經複合拋物面聚光器I反射的光線與中心線的 最大夾角。如圖3所示，P為由LED光源2發出且未經複合拋物面聚光器反射I的光線與中心線的最大夾角。由圖4中已知複合拋物面聚光器I的出口半徑，入口半徑a ;封裝LED光源2的半徑為d，LED光源2封裝前的最大半徑q;結合(I)、(2)、(3)和(4)式進行計算。/ =—(J+ ^)(1+ sin) (I)；
4/cos$-(a'+g)sin20-4心/"'sin$.( f \
—------ ^ ——^——-———--,(0<^<arcsin —^~ )
k^,(^=o)
4,，げ P = arctan〔-—j (3) k = arctan〔-J (4)從計算結果中，會得出四組離散的數據，且他們之間是一一對應的關係。這四組數據分別為JdLJJkJ和。其中{>ム屯}和W J的量綱是弧度並把其作為縱坐標。ILJ的量綱是長度並作為橫坐標。從而可以根據數據組ILJ、{kj和
畫出圖，在圖中便可以找到最小輸出光束角所在的位直。當實際要求CPC的出ロ半徑a' = 10mm, LED光源選取Cree公司的XLamp XM-L,LED光源2封裝前的最大半徑q = I. 414mm,封裝的LED光源2半徑d = 2. 2mm。根據(I)、
(2)、(3)和(4)式的計算結果可以畫出圖5，從圖5中我們可以看出小小也始終成立。那麼從複合拋物面聚光器反射I出來後的光束角由3決定。從圖5中可知P在截止位置處取得最小值。在截止位置之後L的數據中帶虛部，說明表達式L中根號下的式子小於零，那麼利用表達式L中根號下的式子為零以及(I)式便可求出f = 2. 14688，￠= 0. 189217(轉化為角度等於10. 84度)。把f和小帶入
(2)式可求出L = 59. 3344mm。把L帶入(3)式可求出P = 0. 19 (轉化為角度等於10. 886度)。則P為10. 886度為本裝置輸出的最小光束角。根據數據f，小，q，L在TracePix)中進行仿真，可以發現經本發明的裝置與方法獲得LED光束仿真的效果更優，出光效率更高。
權利要求1.一種實現LED光源最小輸出光束角的裝置，其特徵在於包括複合拋物面聚光器(I)、封裝的LED光源(2)，所述LED光源(2)和複合拋物面聚光器(I)位於同一條中心線上，LED光源(2)與複合拋物面聚光器(I)的入口端面位於同一平面上。
2.根據權利要求I所述的實現LED光源最小輸出光束角的裝置，其特徵在於所述的複合拋物面聚光器(I)為反光杯。
3.根據權利要求I所述的實現LED光源最小輸出光束角的裝置，其特徵在於所述封裝的LED光源(2)為大功率LED光源。
4.根據權利要求I所述的實現LED光源最小輸出光束角的裝置，其特徵在於所述複合拋物面聚光器(I)是經過旋轉和平移後的拋物線繞縱軸旋轉而成，拋物線的焦點不在與其關於縱軸軸對稱的曲線上。
專利摘要本實用新型公開了一種實現LED光源最小輸出光束角的裝置，包括複合拋物面聚光器、封裝的LED光源，LED光源和複合拋物面聚光器位於同一條中心線上，LED光源與複合拋物面聚光器的入口端面位於同一平面上。本實用新型主要適用於各種照明、投影系統，LED光源輸出光束角最小使得投影照明的效果更佳理想。
文檔編號F21V7/06GK202442264SQ20122006663
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月27日 優先權日2012年2月27日
發明者劉峰, 林清華, 湯備, 胡義華, 陳麗 申請人:廣東工業大學