[发明专利]光学元件、光学元件的构建方法、装置、介质及设备

权利要求书

1.一种光学元件，用于将入射光线偏折后对目标面进行区域照射，所述光学元件包括一旋转对称的自由曲面，其特征在于，所述目标面上的目标光强分布与1/cos³φ呈正比例关系，其中，φ为所述入射光线经所述光学元件偏折后的出射光线的俯仰角。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述光学元件为反射镜或透镜。

3.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，所述光学元件为透镜；

其中，所述透镜的入光面为球面，所述透镜的出光面为所述自由曲面、且所述自由曲面为凸面；或者，所述透镜的入光面为所述自由曲面、且所述自由曲面为凹面，所述透镜的出光面为平面。

4.根据权利要求3所述的光学元件，其特征在于，所述透镜的入光面为球面，所述透镜的出光面为所述自由曲面、且所述自由曲面为凸面；

所述出光面与所述目标面之间的距离在40cm～50cm范围内，所述目标面为半径在50cm～60cm范围内的圆形，所述入射光线的俯仰角的最大值为90°。

5.根据权利要求3所述的光学元件，其特征在于，所述透镜的入光面为所述自由曲面、且所述自由曲面为凹面，所述透镜的出光面为平面；

所述出光面与所述目标面之间的距离在40cm～50cm范围内，所述目标面为半径在60cm～75cm范围内的圆形，所述入射光线的俯仰角的最大值为56°，所述透镜的材质为PMMA。

6.一种台灯，包括光源和光学元件，其特征在于，所述光学元件为根据权利要求1-5中任一项所述的光学元件。

7.一种光学元件的构建方法，其特征在于，所述光学元件为根据权利要求1-5中任一项所述的光学元件；

所述方法包括：

确定所述入射光线的光源光强分布，其中，假设所述入射光线的光源为点光源；

获取所述目标面的初始照度分布，其中，所述初始照度分布为常数；

基于所述初始照度分布，确定所述目标面上的目标光强分布；

根据所述目标光强分布和所述光源光强分布，生成所述自由曲面对应的轮廓曲线；

根据所述轮廓曲线，生成所述自由曲面。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标光强分布和所述光源光强分布，生成所述自由曲面对应的轮廓曲线，包括：

根据所述目标光强分布和所述光源光强分布，建立所述入射光线与所述自由曲面的出射光线的映射关系；

根据所述映射关系，基于折射定律生成所述自由曲面对应的轮廓曲线面。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标光强分布和所述光源光强分布，建立所述入射光线与所述自由曲面的出射光线的映射关系，包括：

根据所述目标光强分布，确定所述自由曲面的出射光线的出射光强分布；

根据所述出射光强分布和所述光源光强分布，基于能量守恒定律构建所述入射光线与所述自由曲面的出射光线的映射关系的第一微分方程组；

求解所述第一微分方程组，得到所述入射光线与所述自由曲面的出射光线的映射关系。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述光学元件为透镜，其中，所述透镜的入光面为所述自由曲面、且所述自由曲面为凹面，所述透镜的出光面为平面；

所述根据所述目标光强分布，确定所述自由曲面的出射光线的光强分布，包括：

根据所述目标光强分布，基于能量守恒定律和折射定律确定所述自由曲面的出射光线的光强分布。