[发明专利]一种透镜

权利要求书

1.一种透镜，其特征在于：包括竖直基准面，水平基准面，光线入射面，反射面和光线出射面，所述光线入射面垂直于所述竖直基准面开设，包括一段圆球面和位于所述水平基准面下方的一段半圆柱面或者一段半圆锥面；所述反射面为全反射面，位于所述水平基准面下方，为沿所述水平基准面设置的一段圆弧面；所述光线出射面包括相邻接的自由曲面和圆环面，所述自由曲面垂直于所述竖直基准面开设，所述圆环面垂直于所述水平基准面开设，位于所述水平基准面下方，衔接所述自由曲面和所述反射面；光线从所述圆球面入射时，经所述圆球面直接透射至所述自由面后出射；光线从所述半圆柱面或半圆锥面入射时，透射至所述反射面后，由所述反射面反射至所述圆环面后出射。

2.根据权利要求1所述的透镜，其特征在于：以所述圆球面的圆心为坐标系原点，所述透镜光轴为x轴，竖直方向为y轴，水平方向为z轴，则，

所述光线入射面在xy平面上的投影为一段圆弧和一条直线，所述圆弧与所述直线的连接点和所述原点的连线与x轴的夹角为θ’；

所述光线出射面在xy平面上的投影为一段第一曲线和一条第一直线：

所述第一曲线在x轴上部的表达式为：

y=p₁x⁵+p₂x⁴+p₃x³+p₄x²+p₅x+p₆ ,0≤x≤L

其中，L表示第一曲线与x轴交点的横坐标；p1的取值范围是(-0.002，0.004)，p2的取值范围是(-0.1，0.1)，p3的取值范围是(-0.3，0.3)；p4的取值范围是(-5，1)，p5的取值范围是(-3，8)，p6的取值范围是(5，20)；

所述第一曲线在x轴下部的表达式为：

y′=q₁x⁴+q₂x³+q₃x²+q₄x+q₅

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

所述第一直线连接所述第一曲线上y坐标最小的点和所述反射面在xy平面上的投影得到的曲线上x坐标最大的点；

所述光线出射面中自由曲面在xz平面的仰视剖面图为去掉x轴负半轴部分的椭圆形状，椭圆与z轴正半轴的交点和椭圆中心的连线与x轴的夹角为α，α的取值范围是（，）；椭圆的长半轴与短半轴之比的取值范围是（，）。

3.根据权利要求2所述的透镜，其特征在于：所述反射面在xy平面上的投影为第二曲线，所述第二曲线的表达式为：

y0=s₁x³+s₂x²+s₃x+s₄

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

4.根据权利要求2或3所述的透镜，其特征在于：所述光线入射面为圆球面和半圆柱面时，所述光线入射面在xy平面上的投影为一段圆弧和一条第二直线，所述夹角θ’为θ₀，θ₀的取值范围是0＜θ₀≤30°；所述第二直线与x轴平行。

5.根据权利要求2或3所述的透镜，其特征在于：所述光线入射面为圆球面和半圆锥面时，所述光线入射面在xy平面上的投影为一段圆弧和一条第三直线，所述夹角θ’为θ₁，θ₁的取值范围是0＜θ₁≤30°；所述第三直线相对x轴倾斜角度为γ，γ的取值范围是0≤γ≤45°。