[發明專利]一種光型可控的雙自由曲面透鏡設計方法

有效

• 申請號: 201210013686.9
• 申請日: 2012-01-16
• 公開（公告）號: CN102537842A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 羅小兵;胡潤;王愷;甘志強;劉勝
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F21V5/04
• 分類號: F21V5/04;F21Y101/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

1.一種光型可控的雙自由曲面透鏡設計方法，其特征在于：

按照能量等分原理，以光源O位于坐標原點處，將光源的三維空間按經緯線劃分成經線和緯線相交的網格圖，使每個網格的光通量相等；將目標面劃分成等面積的格子區域，每個格子區域的光通量相等；

待設計的雙自由曲面透鏡的目標面為旋轉對稱時，通過給定的雙自由曲面透鏡內表面的函數關系，通過從光源和目標面的劃分得到的透鏡的入射光線的方向，根據雙自由曲面透鏡內表面函數關系，根據斯涅爾定律得到光線通過雙自由曲面透鏡內表面的折射光線的方向，然后結合最終的出射光線的方向，根據斯涅爾定律得到雙自由曲面透鏡外表面的法向和切向方向，進而得到雙自由曲面透鏡外表面上點的坐標值，然后將得到的雙自由曲面透鏡的外表面的點用光滑的曲線連接起來，結合給定的雙自由曲面透鏡內表面，得到雙自由曲面透鏡的橫截面，將橫截面繞對稱軸旋轉，得到旋轉對稱的雙自由曲面透鏡。

2.一種光型可控的雙自由曲面透鏡設計方法，其特征在于：

按照能量等分原理，以光源O位于坐標原點處，將光源的三維空間按經緯線劃分成經線和緯線相交的網格圖，使每個網格的光通量相等；將目標面劃分成等面積的格子區域，每個格子區域的光通量相等；

待設計的雙自由曲面透鏡的目標面為旋轉對稱時，通過給定的雙自由曲面透鏡外表面的函數關系，通過結合從光源和目標面的劃分得到的透鏡的入射光線的方向，以及光線在雙自由曲面透鏡的內、外表面的折射關系以及最終的出射光線的方向，根據斯涅爾定律求解出光線通過雙自由曲面透鏡的內表面上點的坐標，然后將得到的雙自由曲面透鏡的內表面的點用光滑的曲線連接起來，結合給定的雙自由曲面透鏡外表面，得到雙自由曲面透鏡的橫截面，將橫截面繞對稱軸旋轉，得到旋轉對稱的雙自由曲面透鏡。

3.一種光型可控的雙自由曲面透鏡設計方法，其特征在于：

按照能量等分原理，以光源O位于坐標原點處，將光源的三維空間按經緯線劃分成經線和緯線相交的網格圖，使每個網格的光通量相等；將目標面劃分成等面積的格子區域，每個格子區域的光通量相等；

待設計的雙自由曲面透鏡的目標面為旋轉對稱時，通過從光源和目標面的劃分得到的透鏡的入射光線的方向以及最終的出射光線的方向，得到光線經過雙自由曲面透鏡的內、外表面后的光線偏折角度，然后按照預先設定的分配比例，將總的光線偏折角度分成第一次光線偏折角度和第二次光線偏折角度，第一次光線偏折角度是指發生在光線經過雙自由曲面透鏡的內表面時的入射光線與折射光線的夾角，第二次光線偏折角度發生在光線經過雙自由曲面透鏡的外表面時的入射光線與折射光線的夾角；結合入射光線的方向與第一次光線偏折角度，根據斯涅爾定律得到光線在雙自由曲面透鏡的內表面的出射方向，進而得到雙自由曲面透鏡內表面上點的坐標；從雙自由曲面透鏡的內表面的折射光線即為雙自由曲面透鏡的外表面的入射光線，然后結合最終的出射光線的方向，根據斯涅爾定律得到雙自由曲面透鏡外表面上點的坐標；然后將得到的雙自由曲面透鏡的內、外表面的點用光滑的曲線連接起來，得到雙自由曲面透鏡的橫截面，將橫截面繞對稱軸旋轉，得到旋轉對稱的雙自由曲面透鏡。

4.一種光型可控的雙自由曲面透鏡設計方法，其特征在于：

按照能量等分原理，以光源O位于坐標原點處，將光源的三維空間按經緯線劃分成經線和緯線相交的網格圖，使每個網格的光通量相等；將目標面劃分成等面積的格子區域，每個格子區域的光通量相等；

待設計的雙自由曲面透鏡的目標面為非旋轉對稱時，通過給定的雙自由曲面透鏡內表面的函數關系，通過從光源和目標面的劃分得到的透鏡的入射光線的方向，根據雙自由曲面透鏡內表面函數關系，根據斯涅爾定律得到光線通過雙自由曲面透鏡內表面的折射光線的方向，然后結合最終的出射光線的方向，根據斯涅爾定律得到雙自由曲面透鏡外表面的法向和切向方向，進而得到雙自由曲面透鏡外表面上的點的坐標；將得到的雙自由曲面透鏡外表面曲線作為雙自由曲面透鏡的第一條種線，通過入射光線的方向與前一條種線上對應點的切平面，得到雙自由曲面透鏡的下一條種線上點的坐標；得到所有的種線后，將得到的雙自由曲面透鏡的外表面的種線上的點用光滑的曲線連接起來，得到一條條的自由曲線，然后將所有的自由曲線縫合成自由曲面，結合給定的雙自由曲面透鏡內表面，得到非旋轉對稱的雙自由曲面透鏡。