[实用新型]一种自由曲面光学透镜

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及一种自由曲面光学透镜。

(二)背景技术

随着LED技术的迅速发展，LED照明的应用越来越广泛。特别是道路照明，由于LED具有高效、节能、环保、使用寿命长等特点，路灯的应用首当其冲。众所周知，一般道路的路面是成矩形状的，而一般灯具发出的光到达路面所形成的光斑是成圆形的。这意味着灯具所在位置横截面上的照度最亮、区域最广，两盏灯具间的横截面上照度最暗、区域最小。为达到道路照明要求，只能把路灯安排加密。这样，导致道路以外的区域被过多的照明，成为无效照明并将增加光污染，这不利于节能环保。为解决这一问题，我们实用新型一种能形成矩形光斑的光学透镜，以适应各种路面照明要求，达到节能降耗、环保的目的。

目前能形成矩形光斑的光学透镜有几种，如中国实用新型专利200710123944.8“二次光学透镜”所描述的透镜；中国实用新型专利200710073278.1“LED路灯极其透镜”所描述的透镜；中国实用新型专利200710118965.0“一种用于LED光源的透镜”所描述的透镜，等。

上述的LED透镜虽然都能形成矩形光斑，但所设计的入射面，出射面都套用一定的几何形状，这导致光线的折、反射受到这些几何形状的限制，部分光线跑到非设定区域，形成光能损失。因而有必要引入自由曲面概念，能精确计算曲面上每个点的折、反射光线，达到预定的要求。

(三)实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种既保证矩形光斑长宽比形状和照度均匀性，又能提高有效光能利用率，达到优化效果的自由曲面透镜。

所述的自由曲面光学透镜，包括入射面、出射面和两对主侧面：

以光轴作为X轴，建立X-Y-Z坐标系；

所述透镜的出射面采用两条在X轴上相互垂直的曲线扫描得到的自由曲面(S1)，该两条曲线的方程式分别表示为X＝A₂Z²+A₄Z⁴+A₀和X＝B₂Y²+B₄Y⁴+B₀，其中A₂＝-0.005～-0.003，A₄＝-0.0007～-0.0005，A₀＝7.0～9.5；B₂＝-0.01～0.04，B₄＝-0.00045～-0.0003，B₀＝7.0～9.5；

所述透镜的入射面由一个基本柱面(S3)构成，该基本柱面的方程式表示为X＝(R²-Y²)^1/2，R＝4.0～4.5；

所述透镜起全反射作用的其中一对主侧面采用以X轴为对称轴的非园柱面(S6)，其方程式表示为X＝G₂Z²+G₄Z⁴+G₆Z⁶+G₀，另一对主侧面采用以光轴为对称轴的斜平面(S7)，其方程式表示为Y＝H₁X+H₀；其中G₂＝0.130～0.135，G₄＝-0.0012～-0.0011，G₆＝0.000010～0.000011，G₀＝-1.90～-1.80；H₁＝-2.0～-1.0，H₀＝-5.0～-4.0。

进一步，所述透镜的入射面还附加一个非园柱面(S4)，非园柱面由三段曲线组成，其方程式分别表示为X＝C₂Y²+C₀，(X-D₀)²+(Y-E₀)²＝F₀和(X-D₀)²+(Y+E₀)²＝F₀，C₂＝-0.70～-0.40，C₀＝5.00～5.30，D₀＝3.5～4.0，E₀＝0.90～1.0，F₀＝0.50～0.51。

进一步，上述方程式中：