[發(fā)明專(zhuān)利]用于激光光束整形的雙自由曲面透鏡及其設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310526342.2
• 申請(qǐng)日: 2013-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103592702A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭臻榮;張雅琴;吳仍茂;劉鵬;王會(huì)會(huì);蘇忱;申俊飛;李海峰;劉旭
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G02B3/00
• 分類(lèi)號(hào): G02B3/00;G02B27/00;G02B27/09;F21V5/04
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非成像光學(xué)及照明技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于激光光束整形的雙自由曲面透鏡及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

自由曲面照明設(shè)計(jì)，是指根據(jù)光源的發(fā)光特性和目標(biāo)照明來(lái)設(shè)計(jì)自由曲面，使光源出光經(jīng)過(guò)自由曲面偏折后產(chǎn)生預(yù)定照明。它是以非成像光學(xué)理論為基礎(chǔ)，以追求盡可能大的能量利用率、準(zhǔn)確控制光束分布并有效實(shí)現(xiàn)復(fù)雜照明為設(shè)計(jì)目標(biāo)。自由曲面具有靈活的空間布局和極高的設(shè)計(jì)自由度等優(yōu)點(diǎn)，可以在很大程度簡(jiǎn)化光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，極大地提升照明系統(tǒng)的性能。因而，自由曲面照明研究具有非常重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，在通用照明（室內(nèi)照明、路燈照明等）和一些特殊照明（LED投影儀、激光光束整形等）中都具有廣闊的應(yīng)用前景。

作為自由曲面的一個(gè)重要應(yīng)用，自由曲面激光光束整形是指借助自由曲面來(lái)改變?nèi)肷浼す馐膫鞑ヌ匦裕ㄈ鐝?qiáng)度分布、相位分布等）。在自由曲面照明設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常單個(gè)自由曲面可實(shí)現(xiàn)對(duì)光源出射光束的方向或光強(qiáng)分布的調(diào)控；而雙自由曲面設(shè)計(jì)具有更高的自由度，采用兩個(gè)自由曲面可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)光束傳播方向和光強(qiáng)分布的調(diào)控。因此，自由曲面激光光束整形需要借助至少兩個(gè)自由曲面方可同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)激光光束強(qiáng)度分布和相位分布的調(diào)控。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)單個(gè)自由曲面的研究相對(duì)較多，然而卻鮮有文獻(xiàn)或專(zhuān)利涉及兩個(gè)或多個(gè)自由曲面光學(xué)元件的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

中國(guó)專(zhuān)利200910046129.5提出了一種針對(duì)點(diǎn)光源配光透鏡的設(shè)計(jì)方法，利用該方法能設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足要求的透鏡，使光源經(jīng)配光后，光斑達(dá)預(yù)期分布。然而該方法設(shè)計(jì)過(guò)程中須建立光源與目標(biāo)照明之間的映射關(guān)系，此映射關(guān)系通常不滿(mǎn)足可積條件，因而只能得到不連續(xù)的自由曲面，難以加工。且利用該方法設(shè)計(jì)的透鏡僅包含一個(gè)自由曲面，因而只能實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的強(qiáng)度控制，并不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)相位的調(diào)控，控制能力相對(duì)較弱。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于激光光束整形的雙自由曲面透鏡及其設(shè)計(jì)方法，便于雙自由曲面透鏡的加工，且通過(guò)本發(fā)明所得到的雙自由曲面透鏡具有較強(qiáng)的調(diào)控能力。

一種用于激光光束整形的雙自由曲面透鏡，用于將平行入射的激光光束偏折后對(duì)目標(biāo)面進(jìn)行區(qū)域照明，所述的雙自由曲面透鏡包括前表面S1和后表面S2兩個(gè)自由曲面，其特征在于，以所述雙自由曲面透鏡的軸線為z軸建立空間直角坐標(biāo)系o-xyz，并以xoy為底平面、z軸為縱軸建立柱坐標(biāo)系，所述前表面S1所滿(mǎn)足的方程為：