[发明专利]基于非球面透镜面形数值重构的大面积均匀照明系统

权利要求书

1.一种基于非球面透镜面形数值重构的大面积均匀照明系统，其特征在于系统包含非球面透镜照明阵列，所述非球面透镜照明阵列包括一组沿行、列两方向等间距排布的具有相同结构的阵列单元，每个阵列单元包含一个非球面透镜(U)和一个发光面光源(V)；每个非球面透镜(U)的非球面透镜面型参数相同，每颗发光面光源(V)的光学参数也相同；每颗发光面光源(V)和相应的非球面透镜(U)的光轴重合，发光面光源的出光经相应的非球面透镜偏折后在目标照明面上产生对应的能量分布单元，所有能量分布单元叠加产生预定的大面积均匀能量分布；所述的非球面透镜的包含如下设计步骤：

(1)设定非球面透镜照明阵列结构以及非球面透镜(U)的光路结构，照明阵列以矩形阵列形式排布，根据初始设计参数对非球面透镜面形进行数值重构设计；

(2)在二维平面上，所述的非球面透镜出射面分为两部分：初始面和剩余面，初始面的面型函数满足高阶偶次多项式，其面型表示为{z＝∑G2_m(x²)^m,m＝0,1,2,…}；在二维空间内，求得透镜出射面的初始面的面型参数{G2_m,m＝0,1,2,…}；

(3)根据步骤(2)获得的透镜出射面的初始面，将初始面离散化成N+1个点{P₀,P₁,…,P_N}，逐点求解二维平面上出射面的剩余面，直至求解出完整的二维非球面透镜出射面；

(4)由于步骤(2)和(3)求得的透镜并不能保证对扩展光源的能量分布进行完美地精准控制；采取数值优化方法对入射面的面型参数进行优化；

(5)在三维平面上，根据步骤(4)获得的二维非球面透镜的入射面面型参数优化结果，将其作为三维非球面透镜的入射面面型参数，所述的三维非球面透镜的出射面分为两部分：初始面和剩余面，其初始面部分的面型函数满足高阶偶次多项式，其面型表示为{z＝∑G4_m(x²+y²)^m,m＝0,1,2,…}；根据曲线拟合求得透镜出射面的初始面的面型参数{G4_m,m＝0,1,2,…}；

(6)根据步骤(5)获得的三维非球面透镜出射面的初始面，将初始面离散化M+1个点{B₀,B₁,…,B_M}，逐点求解三维平面上出射面的剩余面；直至求解出完整的三维非球面透镜出射面。