[发明专利]一种调控光分布自由曲面光学系统的简化构建方法

权利要求书

1.一种调控光分布自由曲面光学系统的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤0、假设以点光源为坐标原点，在光源空间中与点光源距离为d₀的平面上产生的照度分布为I₀(u,v)，其中(u,v)表示点光源在z＝d₀平面上照明区域内的各点坐标；与点光源距离为d₂的目标平面z＝d₂平面上的目标照度分布为I₂(ξ,η)，其中(ξ,η)表示点光源在z＝d₂平面上照明区域内的各点坐标；假设中间照度分布为I₁(x,y)，与点光源距离为d₁且位于自由曲面透镜后方的z＝d₁平面上；(x,y)表示点光源在z＝d₁平面上照明区域内的各点坐标；

点光源所发射任意一条光线与z＝d₀平面平面交于S＝(u,v,d₀)点，之后分别与自由曲面透镜前、后表面相交于P＝(x₁,y₁,z₁)点和Q＝(x₂,y₂,z₂)点，从自由曲面透镜出射后与z＝d₁平面相交于G＝(x,y,d₁)点，并最终入射至z＝d₂平面上的T＝(ξ,η,d₂)点；

设置z＝d₁平面上坐标与z＝d₀平面上坐标的初始映射关系:(x,y)＝(x(u,v),y(u,v))；

步骤1：利用所述映射关系(x,y)＝(x(u,v),y(u,v)),基于能量守恒计算中间照度分布I₁(x,y)＝I₀(u,v)/|J₁(u,v)|，其中是坐标变换(x,y)＝(x(u,v),y(u,v))的雅可比行列式；

步骤2：根据步骤1获得的I₁(x,y)，计算中间照度分布I₁(x,y)与给定的目标照度分布I₂(ξ,η)的坐标映射关系(ξ,η)＝(ξ(x,y),η(x,y))；

步骤3：计算光源照度分布和目标照度之间的坐标映射关系：(ξ,η)＝(ξ(x(u,v),y(u,v)),η(x(u,v),y(u,v)))＝(ξ(u,v),η(u,v))；

步骤4：根据步骤3所获得的映射关系(ξ,η)＝(ξ(u,v),η(u,v))，确定自由曲面透镜的后表面各点上的坐标值；

步骤5：利用点Q、G和T共线，重新计算坐标(x,y)与坐标(u,v)的映射关系：

判断是否满足迭代终止条件：如果不满足，基于本步骤得到的坐标(x,y)与坐标(u,v)的映射关系返回步骤1，继续迭代计算，直到满足迭代终止条件；如果满足，输出当前自由曲面透镜的后表面各点上的坐标值，完成自由曲面光学系统的构建。

2.如权利要求1所述的一种调控光分布自由曲面光学系统的构建方法，其特征在于，所述自由曲面透镜前表面为球面、非球面、平面或自由曲面。

3.如权利要求1所述的一种调控光分布自由曲面光学系统的构建方法，其特征在于，所述步骤0中，z＝d₁平面上坐标与z＝d₀平面上坐标的初始映射关系设置为(x,y)＝(u,v)。