CN110554496A - 消光装置、光学元件安装座、光学元件及建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消光装置、光学元件安装座、光学元件及建模方法。所述消光装置为由变孔径的空间圆扫掠而成的类牛角孔，孔径最大的空间圆所在平面为所述类牛角孔的光入射面，所述类牛角孔的孔内壁为光反射壁，所述类牛角孔关于所述Z轴和所述X轴所确定的平面对称，所述类牛角孔的孔内壁上任意点A的坐标满足设定函数关系。本发明实施例提供的消光装置可以达到消除杂散光，提高光学系统的性能的目的。

Description

消光装置、光学元件安装座、光学元件及建模方法

技术领域

本发明涉及光学技术，尤其涉及一种消光装置、光学元件安装座、光学元件及建模方法。

背景技术

随着科技的发展，光学系统在半导体、摄像或显示等领域均具有广泛的应用前景。

但是，目前杂散光是制约光学系统性能的主要障碍，杂散光是光学系统不需要的噪声，会影响系统的测量重复性。杂散光的成因有多种，零件表面的散射光、小孔径边缘的衍射光以及透镜表面反射引起的鬼像等都会产生杂散光。

目前，消除或者减少杂散光的方法主要有：光路中增加遮挡零件，如消杂光光阑；镜筒内壁增加消杂光螺纹；零件表面作发黑、涂漆或镀膜处理。上述这些消除杂散光的方法存在以下问题：局限于零件材料或者结构形式，抑或杂散光消除的效果不佳，例如直角棱镜安装座上不便设计消光螺纹或者消光光阑，其表面发黑亦不能有效消除杂散光对光学系统的影响。换言之，现有的用于消除杂散光的方法仍然不能满足工业生产需要，制约着半导体行业发展。

发明内容

本发明提供一种消光装置、光学元件安装座、光学元件及建模方法，以实现提供一种消除杂散光的装置，提高光学系统的性能的目的。

第一方面，本发明提供了一种消光装置，所述消光装置为由变孔径的空间圆扫掠而成的类牛角孔，孔径最大的空间圆所在平面为所述类牛角孔的光入射面，所述类牛角孔的孔内壁为光反射壁，以所述光入射面的空间圆的圆心为坐标原点，以经过所述坐标原点且垂直于所述光入射面方向为Z轴，以所述类牛角孔的牛角端在所述光入射面上的垂直投影与所述坐标原点的连线所确定的直线为X轴，以经过所述坐标原点且与所述X轴和所述Z轴均垂直的方向为Y轴，建立直角坐标系；所述类牛角孔关于所述Z轴和所述X轴所确定的平面对称；

所述类牛角孔的孔内壁上任意点A的坐标(x，y，z)满足：

其中，(x0，y0，z0)为点A所在空间圆圆心坐标；r为点A所在空间圆半径；θ为在点A所在空间圆所在的平面上，由参考线所在位置开始，绕点A所在空间圆圆心逆时针旋转至点A所在空间圆圆心与点A连线的位置处所转过的角度，θ的取值范围为0～2π；t为由所述类牛角孔的光入射面绕Y轴转到点A所在空间圆所在的平面所转过的角度；

所述孔径最大的空间圆与X轴的交点中，距离牛角端在所述光入射面上的垂直投影的距离最远的交点为第一端点，在所述X轴和Z轴所确定的平面以及所述光反射壁上，连接所述第一端点和牛角端的曲线为第一曲线，所述第一曲线与所述点A所在空间圆的交点为第二端点，所述参考线是指点A所在空间圆圆心与所述第二端点之间的线段。

第二方面，本发明还提供了一种光学元件安装座，所述光学元件安装座内设置有若干本发明实施例提供的任一所述消光装置，经所述光学元件出射的杂散光入射至若干所述消光装置的光入射面。

第三方面，本发明还提供了一种光学元件，所述光学元件包括光学元件本体和若干本发明实施例提供的任一所述消光装置，

所述光学元件本体上设置有贯穿所述光学元件本体的有效光传播通道，在所述有效光传播通道内壁上设置有若干所述消光装置，若干所述消光装置以环形阵列方式围绕所述光学元件本体的有效光传播通道内壁设置。

第四方面，本发明还提供了一种类牛角孔的建模方法，将所述类牛角孔视为由变孔径的空间圆扫掠而成的形状，所述类牛角孔孔径最大的空间圆所在平面为所述类牛角孔的光入射面，以所述类牛角孔的光入射面的空间圆的圆心为坐标原点，以经过所述坐标原点且垂直于所述光入射面方向为Z轴，以所述类牛角孔的牛角端在所述光入射面上的垂直投影与所述坐标原点的连线所确定的直线为X轴，以经过所述坐标原点且与所述X轴和所述Z轴均垂直的方向为Y轴，建立直角坐标系；

所述类牛角孔的建模方法包括以下步骤：

获取所述类牛角孔结构参数，所述结构参数包括所述光入射面的空间圆的半径R、沿X轴方向所述类牛角孔的牛角端在所述光入射面上的垂直投影与所述光入射面的空间圆圆心之间的距离L，以及沿Z轴方向所述光入射面到所述类牛角孔的牛角端之间的距离为H；

设沿Z轴方向，所述类牛角孔的孔内壁上任意点A所在空间圆的圆心到所述光入射面的空间圆圆心之间的距离为h，根据几何关系，得到点A所在空间圆的圆心坐标(x0，y0，z0)与L、H和h的函数关系；

建立点A所在空间圆的半径r与R、H和h的函数关系；

建立由所述类牛角孔的光入射面绕Y轴转到点A所在空间圆所在的平面所转过的角度t与H和h的函数关系；

根据t、点A所在空间圆相对于光入射面的空间圆的旋转矩阵，得到点A所在空间圆上响应的标价坐标矩阵；

根据点A所在空间圆的圆心坐标(x0，y0，z0)和半径r，以及点A所在空间圆上响应的标价坐标矩阵，得到点A的坐标表达式。

第五方面，本发明还提供了一种计算机存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，运行所述计算机程序可实现本发明实施例提供的任意一种所述类牛角孔的建模方法。

本发明通过设置所述消光装置为由变孔径的空间圆扫掠而成的类牛角孔，孔径最大的空间圆所在平面为所述类牛角孔的光入射面，所述类牛角孔的孔内壁为光反射壁，所述类牛角孔的孔内壁上任意点A的坐标(x，y，z)满足：

以促使杂散光在类牛角孔内的能量消散，进而达到消除杂散光的目的，解决了现有的消除杂散光的方法不能满足工业生产需要的问题，达到了消除杂散光，提高光学系统的性能的目的。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种消光装置的结构示意图；

图2为杂散光在本发明实施例提供的消光装置内反射的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种光学元件安装座的结构示意图；

图4为沿图3中A1-A2的剖面结构示意图；

图5为将光学元件安装于图3中光学元件安装座上的结构示意图；

图6-图8为本发明实施例给出的三种消光装置排布的结构示意图

图9-图11为利用光度计对本发明提供的光学元件安装座进行消光性能测试时的结构示意图；

图12为利用光度计对本发明提供的消光装置进行消光性能测试的测试结果；

图13为图12的局部放大图；

图14为本发明实施例提供的一种光学元件的结构示意图；

图15为本发明实施例提供的一种消光凹槽参数建模立体图；

图16为本发明实施例提供的一种消光凹槽参数建模平面图；

图17为本发明实施例提供的另一种消光凹槽参数建模立体图；

图18为本发明实施例提供的另一种消光凹槽参数建模平面图；

图19为本发明实施例提供的又一种消光凹槽参数建模立体图；

图20为本发明实施例提供的又一种消光凹槽参数建模平面图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种消光装置的结构示意图。图2为杂散光在本发明实施例提供的消光装置内反射的示意图。参见图1和图2，消光装置12为由变孔径的空间圆扫掠而成的类牛角孔，孔径最大的空间圆所在平面为类牛角孔的光入射面121，类牛角孔的孔内壁为光反射壁，以光入射面121的空间圆的圆心O为坐标原点，以经过坐标原点O且垂直于光入射面121方向为Z轴，以类牛角孔的牛角端M在光入射面121上的垂直投影N与坐标原点O的连线所确定的直线为X轴，以经过坐标原点O且与X轴和Z轴均垂直的方向为Y轴，建立直角坐标系；类牛角孔关于Z轴和X轴所确定的平面对称；

类牛角孔的孔内壁上任意点A的坐标(x，y，z)满足：

其中，(x0，y0，z0)为点A所在空间圆122圆心O’坐标；r为点A所在空间圆122半径；θ为在点A所在空间圆122所在的平面上，由参考线O’E所在位置开始，绕点A所在空间圆122圆心O’逆时针旋转至点A所在空间圆122圆心O’与点A连线的位置处所转过的角度，θ的取值范围为0～2π；t为由类牛角孔的光入射面121绕Y轴转到点A所在空间圆所在的平面122所转过的角度。类牛角孔的孔径最大的空间圆与X轴的交点中，距离牛角端M在光入射面121上的垂直投影N的距离最远的交点F为第一端点F，在X轴和Z轴所确定的平面以及光反射壁上，连接第一端点F和牛角端M的曲线为第一曲线，第一曲线与点A所在空间圆122的交点为第二端点E，参考线是指点A所在空间圆122圆心O’与第二端点E之间的线段。

通过设置消光装置为由变孔径的空间圆扫掠而成的类牛角孔，孔径最大的空间圆所在平面为类牛角孔的光入射面，类牛角孔的孔内壁为光反射壁，类牛角孔的孔内壁上任意点A的坐标(x，y，z)满足：

的实质是，对类牛角孔的形状进行具体限定。研究表明当类牛角孔的形状为满足上式所限定的条件时，参见图2，当杂散光a从该消光装置的光入射面121进入到类牛角孔后，发生多次反射，且多数反射光线都是朝向类牛角孔内部，这样可大大减少类牛角孔光入射面121端面的反射光，具有消杂光效果。

此外，本发明上述技术方案可以摆脱制作材料的约束影响。具体地，陶瓷、橡胶等非金属零件无法加工消光螺纹等消光结构，而本发明设计的消光装置可通过3D打印方式制造，材料可以是不锈钢、铝合金、钛合金、陶瓷以及橡胶等，大大拓展了消光结构的材料领域应用范围，能够满足工业生产需要。

本发明技术方案中消光装置12具有明确的参数表达式，不依赖于现有商用CAD软件复杂曲面造型算法，而且能够适用于多种结构形式的零件。

继续参见图1，沿Z轴方向，点A所在空间圆122的圆心O’到光入射面121的空间圆圆心O之间的距离为h；沿Z轴方向，光入射面121到类牛角孔的牛角端M之间的距离为H；沿X轴方向，类牛角孔的牛角端M在光入射面上的垂直投影N与光入射面121的空间圆圆心O之间的距离为L；

光入射面121的空间圆的半径为R，则

r＝(1-K)*R

其中，K＝(h/H)ⁿ，n为大于或等于2的正整数，这样设置的好处是，使得类牛角孔光反射壁较为均匀、规律且光顺。

可选地，n为2或3，这样设置一方面，可以使得类牛角孔光反射壁为更加均匀、规律且光顺的曲面，另一方面，可以使得类牛角孔光反射壁上任意点A的坐标(X，Y，Z)所需满足的表达式简单，降低3D打印时编程计算难度。

需要说明的是，本申请提供的消光装置适用于消除已与有效光相分离的杂散光，即，消除传播方向与有效光传播方向不同的杂散光。实际使用时，该消光装置可以设置于杂散光与有效光分离后，杂散光的任意传播路径上。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种光学元件安装座。图3为本发明实施例提供的一种光学元件安装座的结构示意图。图4为沿图3中A1-A2的剖面结构示意图。图5为将光学元件安装于图3中光学元件安装座上的结构示意图。参见图3、图4和图5，光学元件安装座10内设置有若干本发明实施例提供的任意一种消光装置12，经光学元件20出射的杂散光入射至该消光装置12的光入射面。杂散光在类牛角孔内的能量消散，进而达到消除杂散光的目的，解决了现有的消除杂散光的方法不能满足工业生产需要的问题，达到了消除杂散光，提高光学系统的性能的目的。

当消光装置12的结构参数(包括R、H以及L)确定之后，光学元件安装座10中，消光装置12的布置越密集，吸收杂散光的效果越好。为此，可选地，图6-图8为本发明实施例给出的三种消光装置排布的结构示意图。可选地，参见图6，若干消光装置12排列形成多行多列的矩阵结构。或者参见图12，相邻行的消光装置12错列排布。或者相邻列的消光装置12错行排布。或者，参见图8，相邻行的消光装置12错列排布，且相邻列的消光装置12错行排布。

进一步，继续参见图8，隔行的消光装置具有相同的尺寸，相邻行相邻列的消光装置具有不同的尺寸；或，隔列的消光装置具有相同的尺寸，相邻列的消光装置具有不同的尺寸。这样设置的好处是，在光学元件安装座10上尽可能多得布设消光装置12。

需要说明的是，本申请对相邻消光装置12之间的最小间距b不作限定。进一步地，由于消光装置12可由3D打印的方式制作形成。可选地，相邻消光装置12之间的最小间距b可根据3D打印工艺要求的最小孔间距尺寸确定。

另外，还需要说明的是，现有的光学元件安装座中用于支撑光学元件的支撑面通常是平面，在这两种面型上无法设计消光螺纹和消光光阑，否则会破坏支撑面的面型精度(如平面度)，而在支撑面上涂黑漆又不能很好地消除杂散光，严重情况下，会造成成像区域鬼影现象的产生；本发明设计的消光装置可不破坏支撑面原先的面型精度，在不改变零件整体结构设计的情况下消除杂散光。

在上述技术方案中，可用于被该光学元件安装座10固定的光学元件20可以为任意光学元件，如凸透镜或凹透镜等。可选地，光学元件包括分束镜，这样设置的原因是，通常光线经分束镜分束后形成两束子光。这两束子光的光强均非常大。对于仅使用其中一束子光(即该束子光为有效光)的情况，其形成的另一束子光为杂散光，由于杂散光的光强较大，其对有效光的干扰不可忽略。利用本申请提供的光学元件安装座，可以将分束镜杂散光的出光面与消光装置12的光入射面对应，这样经分束镜形成的杂散光会直接入射到消光装置12内，充分降低杂散光对有效光的影响，提升光学系统的性能。

下面通过实验研究的方法对本申请提供的光学元件安装座10的消光效果进行测试。

采用不锈钢材料316L利用3D打印技术制作如图3所示的光学元件安装座10。该光学元件安装座上设置有多个交错阵列布置的消光装置12，R＝0.5mm，H＝3mm，L＝2.5mm。相邻消光装置12之间的最近间距b为0.2mm。

图9-图11为利用光度计对本发明提供的光学元件安装座进行消光性能测试时的结构示意图。图9中，光学元件安装座中未设置消光装置12的一面与光度计30的测试面相对放置，作为对照组，利用光度计30对光学元件安装座的消光性能进行测试。参见图10-图11，光学元件安装座中设置消光装置12的一面与光度计30的测试面相对放置，利用光度计30对该光学元件安装座的消光性能进行测试。其中，对比图10和图11可以发现，相对于图10，图11中，消光装置12旋转90°。

图12为利用光度计对本发明提供的消光装置进行消光性能测试的测试结果。图13为图12的局部放大图。其中，曲线A-10表示采用波长为400-650nm的光线沿与直线p夹角γ为10°的方向入射到图9中光学元件安装座时，该消光装置消光性能的测试结果。曲线A-60表示采用波长为400-650nm的光线沿与直线p夹角γ为60°的方向入射到图9中光学元件安装座时，该消光装置消光性能的测试结果。曲线B-10表示采用波长为400-650nm的光线沿与直线p夹角γ为10°的方向入射到图10中光学元件安装座时，该消光装置消光性能的测试结果。曲线B-60表示采用波长为400-650nm的光线沿与直线p夹角γ为60°的方向入射到图10中光学元件安装座上时，该消光装置消光性能的测试结果。曲线B’-10表示采用波长为400-650nm的光线沿与直线p夹角γ为10°的方向入射到图11中光学元件安装座上时，该消光装置消光性能的测试结果。曲线B’-60表示采用波长为400-650nm的光线沿与直线p夹角γ为60°的方向入射到图11中光学元件安装座上时，该消光装置消光性能的测试结果。

参见图12，无消光装置12的表面光线反射率在12％～25％。而有消光装置12的表面光线反射率在0.6％～1.8％，这说明本申请提供的消光装置12具有较佳的消杂光效果。参见图13，同一入射角，消光装置12摆放角度不同，消光装置12的表面光线反射率略有差别，这说明，消光装置12的方向对反射率有影响。

另外还需要说明的是，原本不锈钢表面因不能发黑处理，其表面光的反射率远大于铝合金发黑表面的光的反射率，但增加本申请提供的消光装置后，其表面光的反射率也低于铝合金发黑表面的光的反射率3.31％，由此可见消光装置对光的吸收效果十分明显。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种光学元件。图14为本发明实施例提供的一种光学元件的结构示意图。参见图14，该光学元件包括光学元件本体21和若干本发明实施例提供的中任意一中消光装置12。光学元件本体21上设置有贯穿光学元件本体21的有效光传播通道22，在有效光传播通道22内壁上设置有若干消光装置12，若干消光装置12以环形阵列方式围绕光学元件本体21的有效光传播通道22内壁设置。由于杂散光传播方向与有效光传播方向不同。当有效光在有效光传播通道22内传播(即有效光的传播方向与纸面垂直)时，杂散光入射到消光装置12内，进而消除杂散光，提升光学系统的性能。

基于相同的发明构思，本发明实施例还提供了一种类牛角孔的建模方法。参见图1，将类牛角孔视为由变孔径的空间圆扫掠而成的形状，类牛角孔孔径最大的空间圆所在平面为类牛角孔的光入射,121，以类牛角孔的光入射面121的空间圆的圆心O为坐标原点，以经过坐标原点O且垂直于光入射面121方向为Z轴，以类牛角孔的牛角端M在光入射面121上的垂直投影N与坐标原点O的连线所确定的直线为X轴，以经过坐标原点O且与X轴和Z轴均垂直的方向为Y轴，建立直角坐标系。下面结合图1对类牛角孔的建模方法进行详细说明。

类牛角孔的建模方法包括以下步骤：

S110、获取类牛角孔结构参数。结构参数包括光入射面121的空间圆的半径R、沿X轴方向类牛角孔的牛角端M在光入射面上的垂直投影N与光入射面的空间圆圆心O之间的距离L，以及沿Z轴方向光入射面121到类牛角孔的牛角端M之间的距离为H。

在实际中类牛角孔结构参数可以根据需要自行设置，本申请对此不作限制。

S120、设沿Z轴方向，类牛角孔的孔内壁上任意点A所在空间圆122的圆心O’到光入射面121的空间圆O圆心之间的距离为h，根据几何关系，得到点A所在空间圆122的圆心O’坐标(x0，y0，z0)与L、H和h的函数关系；

可选地，将(h/H)ⁿ作为变化因子K，变化因子K亦可设定为(h/H)的其他阶次幂。则，该“空间圆122”的圆心O’可表达为：

S130、建立点A所在空间圆122的半径r与R、H和h的函数关系。

需要说明的是，在实际设置时，r与R、H和h的函数关系可以有多种，本申请对此不作限制，可选地，该“空间圆122”的半径r可表达为：

r＝(1-K)*R。

S130、建立由类牛角孔的光入射面121绕Y轴转到点A所在空间圆122所在的平面所转过的角度t与H和h的函数关系。

由于类牛角孔视为由变孔径的空间圆扫掠而成的形状，可选地，将消光装置12的牛角端M当作半径无穷小的空间圆，其单位法矢由与Z轴平行的单位法矢绕Y轴顺时针旋转角度而成，角度可预先设定，可选地，

消光装置12光入射面121绕Y轴转到该“空间圆122”的角度为t，可表达为：

S140、根据t、A所在空间圆相对于光入射面121的空间圆的旋转矩阵，得到点A所在空间圆上响应的标价坐标矩阵。

坐标系O-XYZ的各轴的基矢量坐标矩阵为：

该“空间圆122”相对光入射面121的旋转矩阵为：

该“空间圆122”上响应的标架坐标矩阵为：

矩阵M的分量M(3，1)是中间某一层“空间圆”的单位法矢。

S150、根据点A所在空间圆的圆心坐标(x0，y0，z0)和半径r，以及点A所在空间圆上响应的标价坐标矩阵，得到点A的坐标表达式。

该“空间圆”圆周上任意一点A(x，y，z)的表达式为：

上式中，θ的取值范围为0～2*π，其中M(e，f)表示位于该“空间圆122”上响应的标架坐标矩阵中第e行第f列的元素。

进而可得，

由上述分析可知，“空间圆122”圆周上任意一点A的参数为与h和θ相关的函数。因此，消光装置12中间任一层“空间圆122”圆周上任意一点的参数表达式可简记为：

h的取值范围为0～H。

这样，根据R、H以及L，消光装置12光反射壁曲面的参数化表达形式就已建立完成。

基于上述方案提供的类牛角孔的建模方法能方便地用于光机结构的计算机辅助设计上，使用者可根据零件的具体结构形式，灵活地选择消光装置的结构参数进行造型设计，与其他消杂光结构的造型设计不同，其造型设计不受现有商用计算机辅助设计软件造型特征算法的约束。

示例性地，图15为本发明实施例提供的一种消光装置参数建模立体图。图16为本发明实施例提供的一种消光装置参数建模平面图。图15和图16中，消光装置基于R＝0.8mm，H＝4mm，L＝2mm得到。图17为本发明实施例提供的另一种消光装置参数建模立体图。图18为本发明实施例提供的另一种消光装置参数建模平面图。图17和图18中，消光装置基于R＝0.3mm，H＝2mm，L＝2mm得到。图19为本发明实施例提供的又一种消光装置参数建模立体图。图20为本发明实施例提供的又一种消光装置参数建模平面图。图19和图20中，消光装置基于R＝0.5mm，H＝2mm，L＝4mm得到。研究表明，这些消光装置均取得了较佳的消光效果。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质，存储有计算机程序，其可以运行计算机程序可实现本发明实施例提供的类牛角孔的建模方法。

该类牛角孔的建模方法包括：

将所述类牛角孔视为由变孔径的空间圆扫掠而成的形状，所述类牛角孔孔径最大的空间圆所在平面为所述类牛角孔的光入射面，以所述类牛角孔的光入射面的空间圆的圆心为坐标原点，以经过所述坐标原点且垂直于所述光入射面方向为Z轴，以所述类牛角孔的牛角端在所述光入射面上的垂直投影与所述坐标原点的连线所确定的直线为X轴，以经过所述坐标原点且与所述X轴和所述Z轴均垂直的方向为Y轴，建立直角坐标系；

所述类牛角孔的建模方法包括以下步骤：

获取所述类牛角孔结构参数，所述结构参数包括所述光入射面的空间圆的半径R、沿X轴方向所述类牛角孔的牛角端在所述光入射面上的垂直投影与所述光入射面的空间圆圆心之间的距离L，以及沿Z轴方向所述光入射面到所述类牛角孔的牛角端之间的距离为H；

设沿Z轴方向，所述类牛角孔的孔内壁上任意点A所在空间圆的圆心到所述光入射面的空间圆圆心之间的距离为h，根据几何关系，得到点A所在空间圆的圆心坐标(x0，y0，z0)与L、H和h的函数关系；

建立点A所在空间圆的半径r与R、H和h的函数关系；

建立由所述类牛角孔的光入射面绕Y轴转到点A所在空间圆所在的平面所转过的角度t与H和h的函数关系；

根据t、点A所在空间圆相对于光入射面的空间圆的旋转矩阵，得到点A所在空间圆上响应的标价坐标矩阵；

根据点A所在空间圆的圆心坐标(x0，y0，z0)和半径r，以及点A所在空间圆上响应的标价坐标矩阵，得到点A的坐标表达式。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种消光装置，其特征在于，所述消光装置为由变孔径的空间圆扫掠而成的类牛角孔，孔径最大的空间圆所在平面为所述类牛角孔的光入射面，所述类牛角孔的孔内壁为光反射壁，以所述光入射面的空间圆的圆心为坐标原点，以经过所述坐标原点且垂直于所述光入射面方向为Z轴，以所述类牛角孔的牛角端在所述光入射面上的垂直投影与所述坐标原点的连线所确定的直线为X轴，以经过所述坐标原点且与所述X轴和所述Z轴均垂直的方向为Y轴，建立直角坐标系；所述类牛角孔关于所述Z轴和所述X轴所确定的平面对称；

所述类牛角孔的孔内壁上任意点A的坐标(x，y，z)满足：

其中，(x0，y0，z0)为点A所在空间圆圆心坐标；r为点A所在空间圆半径；θ为在点A所在空间圆所在的平面上，由参考线所在位置开始，绕点A所在空间圆圆心逆时针旋转至点A所在空间圆圆心与点A连线的位置处所转过的角度，的取值范围为0～2π；t为由所述类牛角孔的光入射面绕Y轴转到点A所在空间圆所在的平面所转过的角度；

所述孔径最大的空间圆与X轴的交点中，距离牛角端在所述光入射面上的垂直投影的距离最远的交点为第一端点，在所述X轴和Z轴所确定的平面以及所述光反射壁上，连接所述第一端点和牛角端的曲线为第一曲线，所述第一曲线与所述点A所在空间圆的交点为第二端点，所述参考线是指点A所在空间圆圆心与所述第二端点之间的线段。

2.根据权利要求1所述的消光装置，其特征在于，

沿Z轴方向，所述点A所在空间圆的圆心到所述光入射面的空间圆圆心之间的距离为h；

沿Z轴方向，所述光入射面到所述类牛角孔的牛角端之间的距离为H；

沿X轴方向，所述类牛角孔的牛角端在所述光入射面上的垂直投影与所述光入射面的空间圆圆心之间的距离为L；

所述光入射面的空间圆的半径为R，则

r＝(1-K)*R

其中，K＝(h/H)ⁿ，n为大于或等于2的正整数，

3.根据权利要求2所述的消光装置，其特征在于，n为2或3。

4.一种光学元件安装座，其特征在于，所述光学元件安装座内设置有若干权利要求1-3中任一所述消光装置，经所述光学元件出射的杂散光入射至若干所述消光装置的光入射面。

5.根据权利要求4所述的光学元件安装座，其特征在于，若干所述消光装置排列形成多行多列的矩阵结构。

6.根据权利要求5所述的光学元件安装座，其特征在于，相邻行的所述消光装置错列排布，和/或，相邻列的所述消光装置错行排布。

7.根据权利要求5所述的光学元件安装座，其特征在于，

隔行的所述消光装置具有相同的尺寸，相邻行相邻列的所述消光装置具有不同的尺寸；或，

隔列的所述消光装置具有相同的尺寸，相邻列的所述消光装置具有不同的尺寸。

8.一种光学元件，其特征在于，包括光学元件本体和若干权利要求1-3中任一所述消光装置，

所述光学元件本体上设置有贯穿所述光学元件本体的有效光传播通道，在所述有效光传播通道内壁上设置有若干所述消光装置，若干所述消光装置以环形阵列方式围绕所述光学元件本体的有效光传播通道内壁设置。

9.一种类牛角孔的建模方法，其特征在于，

将所述类牛角孔视为由变孔径的空间圆扫掠而成的形状，所述类牛角孔孔径最大的空间圆所在平面为所述类牛角孔的光入射面，以所述类牛角孔的光入射面的空间圆的圆心为坐标原点，以经过所述坐标原点且垂直于所述光入射面方向为Z轴，以所述类牛角孔的牛角端在所述光入射面上的垂直投影与所述坐标原点的连线所确定的直线为X轴，以经过所述坐标原点且与所述X轴和所述Z轴均垂直的方向为Y轴，建立直角坐标系；

所述类牛角孔的建模方法包括以下步骤：

获取所述类牛角孔结构参数，所述结构参数包括所述光入射面的空间圆的半径R、沿X轴方向所述类牛角孔的牛角端在所述光入射面上的垂直投影与所述光入射面的空间圆圆心之间的距离L，以及沿Z轴方向所述光入射面到所述类牛角孔的牛角端之间的距离为H；

设沿Z轴方向，所述类牛角孔的孔内壁上任意点A所在空间圆的圆心到所述光入射面的空间圆圆心之间的距离为h，根据几何关系，得到点A所在空间圆的圆心坐标(x0，y0，z0)与L、H和h的函数关系；

建立点A所在空间圆的半径r与R、H和h的函数关系；

建立由所述类牛角孔的光入射面绕Y轴转到点A所在空间圆所在的平面所转过的角度t与H和h的函数关系；

根据t、点A所在空间圆相对于光入射面的空间圆的旋转矩阵，得到点A所在空间圆上响应的标价坐标矩阵；

根据点A所在空间圆的圆心坐标(x0，y0，z0)和半径r，以及点A所在空间圆上响应的标价坐标矩阵，得到点A的坐标表达式。

10.一种计算机存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，运行所述计算机程序可实现权利要求9所述类牛角孔的建模方法。