[发明专利]用于紫外LED准直的透镜

权利要求书

1.用于紫外LED准直的透镜，包括第一自由曲面(1)和全反射自由曲面(2)，所述第一自由曲面(1)和全反射自由曲面(2)为以光轴为轴心的回转体，其特征在于，全反射自由曲面(2)的开口沿光轴出射方向逐渐增大；所述第一自由曲面(1)设置在全反射自由曲面(2)的内部，所述第一自由曲面(1)沿光轴方向凸出；所述第一自由曲面(1)用于对靠近光轴区域的光线进行折射，使得光线能够平行于光轴射出；所述全反射自由曲面(2)用于对远离光轴区域的光线进行反射，使得光线能够平行于光轴射出。

2.根据权利要求1所述的用于紫外LED准直的透镜，其特征在于，还包括与光轴相平行的筒形连接面(3)和与光轴相垂直的环形出射面(4)，所述筒形连接面(3)的一端沿光轴伸入至全反射自由曲面(2)的内部并与第一自由曲面(1)的外边缘连接，所述筒形连接面(3)的另一端与环形出射面(4)的内边缘连接；所述环形出射面(4)的外边缘与全反射自由曲面(2)的大端开口边缘连接。

3.根据权利要求2所述的用于紫外LED准直的透镜，其特征在于，还包括沿光轴方向内凹的第二自由曲面(5)，所述第二自由曲面(5)的外边缘与全反射自由曲面(2)的内边缘相连接。

4.根据权利要求3所述的用于紫外LED准直的透镜，其特征在于，所述第二自由曲面(5)通过过渡平面(6)与全反射自由曲面(2)相连接，所述过渡平面(6)与光轴相垂直，过渡平面(6)的外围尺寸与全反射自由曲面(2)的底部尺寸相等。

5.根据权利要求4所述的用于紫外LED准直的透镜，其特征在于，所述的透镜由光学石英材料制成。

6.根据权利要求5所述的用于紫外LED准直的透镜，其特征在于，所述第一自由曲面(1)的外围尺寸r₁满足如下关系：

r₁/h₁＝r₂/h₂

其中，h₁为第一自由曲面(1)底部距离整体透镜底部平面的高度，r₂为全反射自由曲面(2)顶部的外围尺寸，h₂为其距离整体透镜底部平面的高度。

7.根据权利要求6所述的用于紫外LED准直的透镜，其特征在于，所述第一自由曲面(1)和全反射自由曲面(2)的计算均采用矢量Snell定律，其表达式如下：

Out‾-nIn‾=|Out‾-nIn‾|N‾]]>

在第一自由曲面(1)的计算过程中，n取值为透镜材料石英在紫外波段的折射率；在全反射自由曲面(2)的计算过程中，n取值为-1；在计算第一自由曲面(1)与全反射自由曲面(2)的过程中，入射光线表示为其中，θ、为入射光线在极坐标系统下的夹角，而作为准直透镜，其出射光线表示为为自由曲面在光线入射点处的法线矢量。

8.根据权利要求7所述的用于紫外LED准直的透镜，其特征在于：所述透镜的棱边处设置有圆角倒角或直接倒角。

9.根据权利要求1-8任一项所述的透镜准直波长为320～400nm紫外光的用途。