[发明专利]双自由曲面准直透镜设计方法和双自由曲面准直透镜

权利要求书

1.一种双自由曲面准直透镜设计方法，其特征在于，包括：

确定自由曲线的迭代初始坐标参数；

依据所述初始坐标参数设定迭代策略；

依据所述迭代策略，计算出所述自由曲线的轨迹离散坐标；

依据所述轨迹离散坐标建立实体透镜模型；

利用光学仿真软件对所述实体透镜模型进行光线追踪，并对所述迭代策略进行校正；

其中，所述自由曲线为光学透镜的表面曲线，所述迭代策略基于非成像光学理论，利用能量守恒定律和菲涅耳定律推导而成，且所述迭代策略采用了边缘光线进行设计。

2.根据权利要求1所述的双自由曲面准直透镜设计方法，其特征在于，所述确定自由曲线的迭代初始坐标参数的步骤，包括：

确定所述光学透镜的出射面和入射面初始点位置，并确定初始发散角；

确定所述入射面的初始旋转曲线，并设定曲线函数F1；

确定所述入射面的初始迭代离散点。

3.根据权利要求2所述的双自由曲面准直透镜设计方法，其特征在于，所述确定所述光学透镜的出射面和入射面初始点位置，并确定发散角的步骤，包括：

设定光源中心点为O，两端点分别为O₁和O₂；

设定所述光学透镜的出射面的初始点A₁，并设置经过A₁点出射的两条边缘光线对称于O₁O₂中垂线，且的夹角为

设定所述光学透镜的入射面的初始点B₁，且所述入射面的初始点B₁位于OA₁的连线上。

4.根据权利要求3所述的双自由曲面准直透镜设计方法，其特征在于，所述确定所述入射面的初始旋转曲线，并设定曲线函数F1的步骤，包括：

设定B_N为光线与初始旋转曲线的右交点，B-_N为光线与初始旋转曲线的左交点，所述初始旋转曲线为

调节曲线参数以设定曲线函数F1，使得光线满足菲涅尔定律，同时光线满足菲涅尔定律。

5.根据权利要求4所述的双自由曲面准直透镜设计方法，其特征在于，所述确定所述入射面的初始迭代离散点的步骤，包括：

将所述初始旋转曲线均匀分为2N段，并保证每段弧长相等，得到多个初始迭代离散点；

其中，所述光源经过多个所述初始迭代离散点的光线在进入所述光学透镜后不会相交。

6.根据权利要求5所述的双自由曲面准直透镜设计方法，其特征在于，所述依据所述初始坐标参数设定迭代策略的步骤，包括：

引出光线经透镜折射后与过A1及其斜率KA₁的直线相交于A2；

依据设置出射光线及其夹角为可获得A₂的斜率KA₂；

逆向光线方向，入射一条光线，经A₂折射后与过B_N，斜率为KB_N的直线相交于B_N+1，并保证逆向光线最终过O₂，并根据折射定律可求出过B_N+1的斜率KB_N+1。

7.根据权利要求1-6任一项所述的双自由曲面准直透镜设计方法，其特征在于，所述依据所述迭代策略，计算出所述自由曲线的轨迹离散坐标的步骤，包括：

优化初始条件，通过Matlab计算软件求出自由曲线的轨迹离散坐标。

8.根据权利要求1-6任一项所述的双自由曲面准直透镜设计方法，其特征在于，所述依据所述轨迹离散坐标建立实体透镜模型的步骤，包括：

将所述轨迹离散坐标导入3D建模软件形成3D结构。