[發明專利]一種透鏡

有效

• 申請號: 201210370590.8
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN102889550A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 錢可元;羅毅;胡曉佳
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: F21V5/04
• 分類號: F21V5/04;F21Y101/02
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

1.一種透鏡，其特征在于：包括豎直基準面，水平基準面，光線入射面，反射面和光線出射面，所述光線入射面垂直于所述豎直基準面開設，包括一段圓球面和位于所述水平基準面下方的一段半圓柱面或者一段半圓錐面；所述反射面為全反射面，位于所述水平基準面下方，為沿所述水平基準面設置的一段圓弧面；所述光線出射面包括相鄰接的自由曲面和圓環面，所述自由曲面垂直于所述豎直基準面開設，所述圓環面垂直于所述水平基準面開設，位于所述水平基準面下方，銜接所述自由曲面和所述反射面；光線從所述圓球面入射時，經所述圓球面直接透射至所述自由面后出射；光線從所述半圓柱面或半圓錐面入射時，透射至所述反射面后，由所述反射面反射至所述圓環面后出射。

2.根據權利要求1所述的透鏡，其特征在于：以所述圓球面的圓心為坐標系原點，所述透鏡光軸為x軸，豎直方向為y軸，水平方向為z軸，則，

所述光線入射面在xy平面上的投影為一段圓弧和一條直線，所述圓弧與所述直線的連接點和所述原點的連線與x軸的夾角為θ’；

所述光線出射面在xy平面上的投影為一段第一曲線和一條第一直線：

所述第一曲線在x軸上部的表達式為：

y=p₁x⁵+p₂x⁴+p₃x³+p₄x²+p₅x+p_6?,0≤x≤L

其中，L表示第一曲線與x軸交點的橫坐標；p1的取值范圍是(-0.002，0.004)，p2的取值范圍是(-0.1，0.1)，p3的取值范圍是(-0.3，0.3)；p4的取值范圍是(-5，1)，p5的取值范圍是(-3，8)，p6的取值范圍是(5，20)；

所述第一曲線在x軸下部的表達式為：

y′=q₁x⁴+q₂x³+q₃x²+q₄x+q₅

對應x范圍是(L·cos(2θ′),L)；其中，q1的取值范圍是(0.001，0.02)，q2的取值范圍是(-0.5，-0.3)，q3的取值范圍是(0.4，5)，q4的取值范圍是(-22，-1)，q5的取值范圍是(-2，35)；

所述第一直線連接所述第一曲線上y坐標最小的點和所述反射面在xy平面上的投影得到的曲線上x坐標最大的點；

所述光線出射面中自由曲面在xz平面的仰視剖面圖為去掉x軸負半軸部分的橢圓形狀，橢圓與z軸正半軸的交點和橢圓中心的連線與x軸的夾角為α，α的取值范圍是（，）；橢圓的長半軸與短半軸之比的取值范圍是（，）。

3.根據權利要求2所述的透鏡，其特征在于：所述反射面在xy平面上的投影為第二曲線，所述第二曲線的表達式為：

y0=s₁x³+s₂x²+s₃x+s₄

對應x的范圍是?(0，L·cos(2θ′))，其中s1的取值范圍是(-0.002，-0.0005)，s2的取值范圍是(0.02，0.04)，s3的取值范圍是(-0.8，-0.6)，s4的取值范圍是(-5，-4)。

4.根據權利要求2或3所述的透鏡，其特征在于：所述光線入射面為圓球面和半圓柱面時，所述光線入射面在xy平面上的投影為一段圓弧和一條第二直線，所述夾角θ’為θ₀，θ₀的取值范圍是0＜θ₀≤30°；所述第二直線與x軸平行。

5.根據權利要求2或3所述的透鏡，其特征在于：所述光線入射面為圓球面和半圓錐面時，所述光線入射面在xy平面上的投影為一段圓弧和一條第三直線，所述夾角θ’為θ₁，θ₁的取值范圍是0＜θ₁≤30°；所述第三直線相對x軸傾斜角度為γ，γ的取值范圍是0≤γ≤45°。