[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

摘要

本发明公开了一种调控光分布自由曲面光学系统的简化构建方法，采用一个紧邻透镜后方虚拟平面处的中间照度分布，求解中间照度分布与目标平面照度分布的映射关系就可以获得光源发光与目标平面的映射关系，通过该映射关系可以构建一个自由曲面透镜，然后重新获得一个中间照度分布，不断迭代，直至获得符合要求的自由曲面透镜；本发明由于采用中间照度分布的策略，使复杂的自由曲面光学构建问题大大简化，主要变为求解一个目标空间中光照度分布传输问题，即中间照度分布到目标照度分布的光线映射问题；与直接推导法和IWT方法相比，本发明提供的方法更为简洁，方程形式更为简单；与光线映射法相比，本方法所构建的自由曲面光学系统具有更好的光学性能。

主权项

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：/n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；/n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；/n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))；/n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；/n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))；/n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))；/n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；/n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：/n /n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。/n