CN205301639U - 一种侧发光塑料光纤耦合结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种侧发光塑料光纤耦合结构，包括一个以上的LED芯片、一个以上的聚光杯、一个以上的导光光纤单元和一根侧发光塑料光纤；一个LED芯片、一个聚光杯以及一个导光光纤单元对应组成一个发光单元；一个以上的发光单元对应一根侧发光塑料光纤；所述导光光纤单元包括导光光纤进光端面和导光光纤出光端面，所述侧发光塑料光纤包括侧发光塑料光纤进光端面和侧发光塑料光纤出光端面；所述聚光杯包括一个小口径和一个大口径，所述LED芯片出光面的光从聚光杯小口径处入射，被聚光后从大口径射出进入导光光纤单元进光端面，将所有导光光纤单元对应的导光光纤单元的出光端面作为一个出射端，与侧发光塑料光纤的进光端面相连接。

Description

一种侧发光塑料光纤耦合结构

技术领域

本实用新型涉及装饰照明领域，特别是一种侧发光塑料光纤耦合结构。

背景技术

侧发光塑料光纤在装饰照明中是一项新兴技术，用LED作为光源，光线进入侧发光塑料光纤中通过全内反射传输，侧发光塑料光纤纤芯有一定的内部结构，光线在传输过程中会散射出一部分光能，从而使LED点光源变成线光源以及面光源，相对于传统的LED装饰照明，其可以使光电相隔离，使用更安全。但是，由于LED光源具有较大的发散角，而侧发光塑料光纤的数值孔径较小，若采用专利200820203896和专利201410294632.3的方式，将会出现如下问题：第一，光能量不能有效利用，大约75％左右的光能量被浪费，第二，由于侧发光塑料光纤在传输过程中部分能量通过散射被损耗，导致侧发光塑料光纤前端亮，随着传输距离的增加而变暗，侧发光塑料光纤导光不均匀的现象。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种侧发光塑料光纤耦合结构。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种侧发光塑料光纤耦合结构，包括一个以上的LED芯片、一个以上的聚光杯、一个以上的导光光纤单元和一根侧发光塑料光纤；一个LED芯片、一个聚光杯以及一个导光光纤单元对应组成一个发光单元；一个以上的发光单元对应一根侧发光塑料光纤；所述导光光纤单元包括导光光纤进光端面和导光光纤出光端面，所述侧发光塑料光纤包括侧发光塑料光纤进光端面和侧发光塑料光纤出光端面；所述聚光杯包括一个小口径和一个大口径，所述LED芯片出光面的光从聚光杯小口径处入射，被聚光后从大口径射出进入导光光纤单元进光端面，将所有导光光纤单元对应的导光光纤单元的出光端面作为一个出射端，与侧发光塑料光纤的进光端面相连接；所述LED芯片尺寸与聚光杯小口径尺寸相适配，所述导光光纤单元进光端面的尺寸与聚光杯大口径相适配，所有导光光纤单元的出光端面的面积总和与侧发光塑料光纤进光端面相适配。

本实用新型中，所述LED芯片包括R、G、B三种颜色的LED芯片，或者单一红色的LED芯片，或者单一绿色的LED芯片，或者单一蓝色的LED芯片。

本实用新型中，所述聚光杯小口径为圆形。

本实用新型中，所述聚光杯小口径为方形。

本实用新型中，所述聚光杯为空心结构，聚光杯内表面镀有反射膜。

本实用新型中，所述聚光杯的侧面是一复合型抛物面。

本实用新型中，所述聚光杯为实心结构。

本实用新型中，所述侧发光塑料光纤末端设有反射镜。

本实用新型中，一个发光单元对应的一个导光光纤单元为一根导光光纤或者多根导光光纤组成的一束导光光纤。

有益效果：本实用新型在侧发光塑料光纤的末端加入反射镜或者LED芯片、聚光杯和光纤的组合结构，有效增加侧发光塑料光纤的发光均匀度。本实用新型结构简单，具有较好的市场潜力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做更进一步的具体说明，本实用新型的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本实用新型的结构原理图；

图2是本实用新型提供的一种小口径为圆形的空心聚光杯结构和原理图；

图3是本实用新型提供的一种小口径为圆形的实心聚光杯结构和原理图；

图4是本实用新型提供的一种小口径为方形的空心聚光杯结构和原理图；

图5是本实用新型提供的一种小口径为方形的实心聚光杯结构和原理图；

图6是本实用新型提供的一种导光光纤单元的结构和原理图；

图7是本实用新型提供的一种导光光纤与侧发光塑料光纤的结构和原理图；

图8是带有圆形小口径实心聚光杯的侧发光塑料光纤耦合结构示意图；

图9是带有圆形小口径空心聚光杯的侧发光塑料光纤耦合结构示意图；

图10是带有方形小口径实心聚光杯的侧发光塑料光纤耦合结构示意图；

图11是带有两组耦合装置的侧发光塑料光纤耦合结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作详细说明。

实施例1：

如图1所示，本实施例包括LED芯片101、LED芯片的发光面102、聚光杯103、小口径104、大口径105、导光光纤106、导光光纤进光端面107、导光光纤包层108、导光光纤纤芯109、导光光纤出光端面110、侧发光塑料光纤进光端面111、侧发光塑料光纤出光端面112、侧发光塑料光纤包层113、侧发光塑料光纤纤芯114、侧发光塑料光纤115、聚光杯长度116、最大接受角117、LED芯片101、聚光杯103和导光光纤106依次相连，一个以上的导光光纤106包含在侧发光塑料光纤115内部，进一步的，光线从LED芯片101的发光面102出光，在聚光杯103的小口径104处进光，被聚光后进入导光光纤进光端面107，将所对应的导光光纤出光端面110的所有导光光纤106作为一个出射端，与侧发光塑料光纤115上的侧发光塑料光纤进光端面111相连接。

一个LED芯片、一个聚光杯以及一个导光光纤对应组成一个发光单元，一个发光单元对应的一个导光光纤单元为一根导光光纤或者多根导光光纤组成的一束导光光纤，本实施例中导光光纤单元以一根导光光纤为例。

本实施例中，大口径105选择圆形结构。

聚光杯最大接受角117为θ，其大小与导光光纤的数值孔径相匹配，导光光纤的数值孔径NA大小可以通过公式(1)求得：

$NA=\sqrt{n_1^2-n_0^2}---\left(1\right)$

公式(1)中，n1表示导光光纤包层的折射率，n0表示导光光纤纤芯的折射率。因此，聚光杯最大接受角可以由公式(2)给出：

NA＝sinθ(2)

可以通过公式(3)和(4)得知聚光杯尺寸：

${\left(\frac{D}{d}\right)}^2={\left(\frac{1}{\sin \mathrm{\θ}}\right)}^2---\left(3\right)$

$L=\frac{d\·(1+sin\mathrm{\θ})}{2\tan \mathrm{\θ}\·sin\mathrm{\θ}}---\left(4\right)$

(3)式中，D为聚光杯大口径，d表示聚光杯小口径，其大小为芯片的外接圆。(4)式中，L表示聚光杯长度116。

导光光纤纤芯应与聚光杯大口径尺寸相等。因此，从LED芯片发出的三种颜色的光用过聚光杯把数值孔径降为与导光光纤数值孔径相同后导入导光光纤进光端面并在导光光纤中导光。这样三条导光光纤分别传输RGB三种颜色的光并通过紧密贴合后导入侧发光塑料光纤，侧发光塑料光纤的数值孔径大小如公式(1)，是由侧发光塑料光纤纤芯的折射率与侧发光塑料光纤包层所决定，其大小与导光光纤的数值孔径相匹配，此时，侧发光塑料光纤将发光，其发出的色彩可根据改变3种LED芯片电流强弱而变化，达到多彩色传输。若不考虑聚光杯与导光光纤的材料吸收所导致的能量损耗，那么进入侧发光塑料光纤的能量值为LED芯片能量的总和。在侧发光塑料光纤传输过程中，由于侧发光塑料光纤机理，光能量呈现递减状态，因此在侧发光塑料光纤中所观察的光强是不均匀的，因此，可对侧发光塑料光纤两端都加入相同结构或者在末端加入反射镜提高光纤导光均匀性。

实施例2：

如图2所示，实施例2为小口径为圆形的空心聚光杯结构，包括聚光杯201、镀膜层202、小口径203、大口径204、最大接受角206为θ、聚光杯长度207为L。

实施例3：

如图3所示，实施例3为小口径为圆形的实心聚光杯结构，包括聚光杯301、小口径302、大口径303、最大接受角304为θ、聚光杯长度305为L；本实施例与实施例2的区别在于，聚光杯为实心体结构。

实施例4：

如图4所示，实施例4为小口径为方形的空心聚光杯结构，包括聚光杯401、小口径402、大口径403、最大接受角404为θ、聚光杯长度405为L，聚光杯内壁设有镀膜层；本实施例与实施例2的区别在于，聚光杯小口径为方形。

实施例5：

如图5所示，实施例5为小口径为方形的实心聚光杯结构，包括聚光杯501、小口径502、大口径503、最大接受角504为θ、聚光杯长度505为L；本实施例与实施例1的区别在于，聚光杯小口径为方形，且聚光杯为实心结构。

实施例6：

如图6所示，实施例6中导光光纤包括导光光纤纤芯602和导光光纤包层601。

实施例7：

如图7所示，实施例7中，侧发光塑料光纤内设有三根导光光纤，导光光纤包括导光光纤内芯702和导光光纤包层701，侧发光塑料光纤包括侧发光塑料光纤纤芯703和侧发光塑料光纤包层704。

实施例8：

如图8所示，本实施例包括三组LED芯片801，每组LED芯片分别由R、G、B三种颜色构成；或者单一红色的LED芯片，或者单一绿色的LED芯片，或者单一蓝色的LED芯片；

一个LED芯片、一个聚光杯以及一个导光光纤对应组成一个发光单元，一个发光单元对应的一个导光光纤单元为一根导光光纤或者多根导光光纤组成的一束导光光纤，本实施例中导光光纤单元以一根导光光纤为例。

每个LED芯片对应一个聚光杯802，包括一个圆形聚光杯小口径803，聚光杯大口径804，聚光杯最大接受角805为θ以及聚光杯长度806为L，聚光杯为实心体结构。

每个聚光杯大口径后接有一根或多根导光光纤807，包括导光光纤包层808，导光光纤纤芯809，导光光纤进光端面810和导光光纤出光端面811。

导光光纤出光端面接入侧发光塑料光纤812，包括侧发光塑料光纤纤芯813，侧发光塑料光纤包层814，侧发光塑料光纤进光端面815以及侧发光塑料光纤出光端面816。

侧发光塑料光纤出光端面816接入反射镜817。

所述LED芯片与聚光杯小口径紧密接触；所述聚光杯小口径尺寸为LED芯片边长的√2倍。所述聚光杯通过全内反射将光线反射将光线耦合进导光光纤中；导光光纤进光端面尺寸与聚光杯大口径相匹配，所述导光光纤出光端面的面积总和与侧发光塑料光纤进光端面的面积相匹配；所述导光光纤的数值孔径大小由导光光纤包层折射率和导光光纤纤芯折射率所决定；所述侧发光塑料光纤的数值孔径大小由侧发光塑料光纤包层折射率和侧发光塑料光纤纤芯折射率所决定；所述导光光纤的数值孔径与侧发光塑料光纤的数值孔径相等；所述侧发光塑料光纤出光端面与反射镜镀膜面紧密贴合，未衰减完的光线通过反射以增加侧发光塑料亮度并增加均匀性。

实施例9：

如图9所示，本实施例包括一组以上的LED芯片901，每组LED芯片分别由R、G、B三种颜色构成；或者单一红色的LED芯片，或者单一绿色的LED芯片，或者单一蓝色的LED芯片；

一个LED芯片、一个聚光杯以及一个导光光纤对应组成一个发光单元，一个发光单元对应的一个导光光纤单元为一根导光光纤或者多根导光光纤组成的一束导光光纤，本实施例中导光光纤单元以一根导光光纤为例。

每个LED芯片对应一个聚光杯902，包括一个圆形小口径903，大口径904，聚光杯最大接受角905为θ以及聚光杯长度906为L，聚光杯为空心结构，聚光杯内表面镀有反射膜918。

每个聚光杯大口径后接有一根或多根导光光纤907，包括导光光纤包层908，导光光纤纤芯909，导光光纤进光端面910和导光光纤出光端面911。

导光光纤出射端面接入侧发光塑料光纤912。包括侧发光塑料光纤纤芯913，侧发光塑料光纤包层914，侧发光塑料光纤进光端面915以及侧发光塑料光纤出光端面916。

侧发光塑料光纤出光端面接入反射镜917。

所述LED芯片与聚光杯小口径紧密接触；所述聚光杯小口径尺寸为LED芯片边长的√2倍。所述聚光杯通过内表面反射膜将光线反射将光线耦合进导光光纤中；导光光纤进光端面尺寸与聚光杯大口径相匹配，所述导光光纤出光端面的面积总和与侧发光塑料光纤进光端面的面积相匹配；所述导光光纤的数值孔径大小由导光光纤包层折射率和导光光纤纤芯折射率所决定；所述侧发光塑料光纤的数值孔径大小由侧发光塑料光纤包层折射率和侧发光塑料光纤纤芯折射率所决定；所述导光光纤的数值孔径与侧发光塑料光纤的数值孔径相等；所述侧发光塑料光纤出光端面与反射镜镀膜面紧密贴合，未衰减完的光线通过反射以增加侧发光塑料亮度并增加均匀性。

实施例10：

如图10所示，本实施例包括一组以上的LED芯片，每组LED芯片分别由R、G、B三种颜色构成；或者单一红色的LED芯片，或者单一绿色的LED芯片，或者单一蓝色的LED芯片；

一个LED芯片、一个聚光杯以及一个导光光纤对应组成一个发光单元，一个发光单元对应的一个导光光纤单元为一根导光光纤或者多根导光光纤组成的一束导光光纤，本实施例中导光光纤单元以一根导光光纤为例。

每个LED芯片对应一个聚光杯1002，包括一个方形小口径1003，大口径1004，聚光杯最大接受角1005为θ以及聚光杯长度1006为L，聚光杯为实心体结构。

每个聚光杯大口径后接有一根或多根导光光纤1007，包括导光光纤包层1008，导光光纤纤芯1009，导光光纤进光端面1010和导光光纤出光端面1011。

导光光纤出射端面接入侧发光塑料光纤1012。包括侧发光塑料光纤纤芯1013，侧发光塑料光纤包层1014，侧发光塑料光纤进光端面1015以及侧发光塑料光纤出光端面1016。

侧发光塑料光纤出光端面接入反射镜1017。

所述LED芯片与聚光杯小口径紧密接触；所述聚光杯小口径尺寸与LED芯片边长相等。所述聚光杯通过全内反射将光线反射将光线耦合进导光光纤中；导光光纤进光端面尺寸与聚光杯大口径相匹配，所述导光光纤出光端面的面积总和与侧发光塑料光纤进光端面的面积相匹配；所述导光光纤的数值孔径大小由导光光纤包层折射率和导光光纤纤芯折射率所决定；所述侧发光塑料光纤的数值孔径大小由侧发光塑料光纤包层折射率和侧发光塑料光纤纤芯折射率所决定；所述导光光纤的数值孔径与侧发光塑料光纤的数值孔径相等；所述侧发光塑料光纤出光端面与反射镜镀膜面紧密贴合，未衰减完的光线通过反射以增加侧发光塑料亮度并增加均匀性。

实施例11：

如图11所示，本实施例包括一组以上的LED芯片1101，每组LED芯片分别由R、G、B三种颜色构成；或者单一红色的LED芯片，或者单一绿色的LED芯片，或者单一蓝色的LED芯片；

一个LED芯片、一个聚光杯以及一个导光光纤对应组成一个发光单元，一个发光单元对应的一个导光光纤单元为一根导光光纤或者多根导光光纤组成的一束导光光纤，本实施例中导光光纤单元以一根导光光纤为例。

每个LED芯片对应一个聚光杯1102，包括一个方形小口径1103，大口径1104，聚光杯最大接受角1105为θ以及聚光杯长度1106为L，聚光杯为空心结构，聚光杯内表面镀有反射膜。

每个聚光杯大口径后接有一根或多根导光光纤1107，包括导光光纤包层1108，导光光纤纤芯1109，导光光纤进光端面1110和导光光纤出光端面1111。

导光光纤出射端面接入侧发光塑料光纤1112。包括侧发光塑料光纤纤芯1116，侧发光塑料光纤包层1115，侧发光塑料光纤进光端面1113以及侧发光塑料光纤出光端面1114。

侧发光塑料光纤出光端面接入一组相同的耦合装置。

所述LED芯片与聚光杯小口径紧密接触；所述聚光杯小口径尺寸与LED芯片边长相等。所述聚光杯通过内表面反射膜将光线反射将光线耦合进导光光纤中；导光光纤进光端面尺寸与聚光杯大口径相匹配，所述导光光纤出光端面的面积总和与侧发光塑料光纤进光端面的面积相匹配；所述导光光纤的数值孔径大小由导光光纤包层折射率和导光光纤纤芯折射率所决定；所述侧发光塑料光纤的数值孔径大小由侧发光塑料光纤包层折射率和侧发光塑料光纤纤芯折射率所决定；所述导光光纤的数值孔径与侧发光塑料光纤的数值孔径相等；所述侧发光塑料光纤出光端面与另一组耦合装置相连接，通过两端光源耦合，提高侧发光塑料亮度并增加均匀性。

本实用新型提供了一种侧发光塑料光纤耦合结构，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种侧发光塑料光纤耦合结构，其特征在于，包括一个以上的LED芯片、一个以上的聚光杯、一个以上的导光光纤单元和一根侧发光塑料光纤；一个LED芯片、一个聚光杯以及一个导光光纤单元对应组成一个发光单元；一个以上的发光单元对应一根侧发光塑料光纤；所述导光光纤单元包括导光光纤进光端面和导光光纤出光端面，所述侧发光塑料光纤包括侧发光塑料光纤进光端面和侧发光塑料光纤出光端面；所述聚光杯包括一个小口径和一个大口径，所述LED芯片出光面的光从聚光杯小口径处入射，被聚光后从大口径射出进入导光光纤单元进光端面，将所有导光光纤单元对应的导光光纤单元的出光端面作为一个出射端，与侧发光塑料光纤的进光端面相连接；

所述LED芯片尺寸与聚光杯小口径尺寸相适配，所述导光光纤单元的进光端面的尺寸与聚光杯大口径相适配，所有导光光纤单元的出光端面的面积总和与侧发光塑料光纤进光端面相适配。

2.根据权利要求1所述的一种侧发光塑料光纤耦合结构，其特征在于，所述LED芯片包括R、G、B三种颜色的LED芯片，或者单一红色的LED芯片，或者单一绿色的LED芯片，或者单一蓝色的LED芯片。

3.根据权利要求1所述的一种侧发光塑料光纤耦合结构，其特征在于，所述聚光杯小口径为圆形。

4.根据权利要求1所述的一种侧发光塑料光纤耦合结构，其特征在于，所述聚光杯小口径为方形。

5.根据权利要求1所述的一种侧发光塑料光纤耦合结构，其特征在于，所述聚光杯为空心结构，聚光杯内表面镀有反射膜。

6.根据权利要求1所述的一种侧发光塑料光纤耦合结构，其特征在于，所述聚光杯的侧面是一复合型抛物面。

7.根据权利要求1所述的一种侧发光塑料光纤耦合结构，其特征在于，所述聚光杯为实心结构。

8.根据权利要求1所述的一种侧发光塑料光纤耦合结构，其特征在于，所述侧发光塑料光纤末端设有反射镜。

9.根据权利要求1所述的一种侧发光塑料光纤耦合结构，其特征在于，一个发光单元对应的一个导光光纤单元为一根导光光纤或者多根导光光纤组成的一束导光光纤。