[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

说明书

本发明的实施例提供了一种双自由曲面准直透镜设计方法和双自由曲面准直透镜，涉及光学透镜技术领域，本发明提供的双自由曲面准直透镜设计方法，基于非成像光学理论，利用能量守恒定律和菲涅耳定律，完成了双自由曲面准直透镜的迭代策略的推导，依托该迭代策略进行的准直透镜设计。该设计方法在原有点光源设计基础上，采用边缘光线进行设计，这将大大提高原有模型精度。此外，采用双自由面进行准直光束调控，使得调控自由度极大提升，本发明跳出现有方程求解思路，结合能量守恒定律，采用巧妙、新颖的能量映射方式进行了双自由曲面离散点的数值迭代求解。

技术领域

本发明涉及光学透镜技术领域，具体而言，涉及一种双自由曲面准直透镜设计方法和双自由曲面准直透镜。

背景技术

准直透镜是发展现代工业、国防和科学技术不可缺少的基础光学元器件，其性能的好坏直接影响到未来新技术革命进展。可广泛应用于照明、成像、数据传输等领域，如远距离照明用探照灯，3D打印，医疗特种光源，虚拟现实，可见光通信，精密光学仪器等方面。

随着科学技术发展，准直透镜经历了平凸透镜、非球面透镜，目前已经发展到第三代光学技术，自由曲面准直透镜，但是主流设计方法依然严重束缚于现有国外几大商业光学仿真软件，使得国内设计方法得不到充分的创新与发展。

自由曲面准直透镜相比传统准直透镜在光学性能、效率具有显著的提升优势，但是对其设计方法提出了新的挑战，主要体现在，自由曲面准直透镜设计，在设计自由度上，相比传统球面透镜、或单自由曲面透镜，极大增加，使得算法模型的建立及求解变得更加复杂，目前主流设计方法仍然采用点光源的设计方法，算法设计复杂程度方面有着极大提升，很难获得可收敛数值解，同时使得建立的模型精度较低。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种新的双自由曲面准直透镜设计方法，大大提高了模型精度，同时结合能量守恒定律，采用巧妙、新颖的能量映射方式进行了双自由曲面离散点的数值迭代求解。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种双自由曲面准直透镜设计方法，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。

在可选的实施方式中，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。

在可选的实施方式中，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