CN113219653B - 二次光学透镜后模自由曲面的设计方法、终端及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种二次光学透镜后模自由曲面的设计方法、终端及存储介质，该设计方法包括：获取入射至后模自由曲面部分光线的角度范围后，将角度范围进行若干等分，得到若干角度区间；根据目标角度及初始配光曲线调整因子，计算得到点光源下的每一角度区间对应的出射光角度；根据初始平衡系数与平衡算法，计算得到面光源下的每一角度区间对应的出射光角度；根据面光源下的每一角度区间对应的出射光角度，通过迭代法算出初始后模自由曲面后，对初始后模自由曲面进行光学模拟操作，得到初始配光曲线；分析初始配光曲线的曲线状态，并在初始配光曲线出现波动缺陷时，不断调整初始配光曲线调整因子与初始平衡系数，直至达到目标配光效果。本技术方案，可有效解决传统透镜后模鳞面设计方法较难实现杂散光和副光斑的有效控制的难题。
Description
技术领域
本发明涉及透镜设计技术领域，特别涉及一种二次光学透镜后模自由曲面的设计方法、终端及存储介质。
背景技术
通常，纯亮面的二次光学透镜在匹配LED光源时容易出现较明显的色差现象。在照明领域，最常见的消色差方式即为在透镜表面添加珠面、鱼鳞面乃至砂面，通过衍射出光的方式来减弱色差，因而，在二次光学透镜的设计过程中，需进行珠面、鱼鳞面乃至砂面的添加设计，在实际设计过程中，我们发现，相较于后模鳞面的结构，前模珠面和砂面的方式通过软件优化及母线调整的方式较易实现，这是因为，后模鳞面的结构完全脱离平滑母线的基本特征，每层鳞面对应的曲面都不和母线重叠，此时单独通过优化或调整母线曲率很难实现目标配光曲线和光分布特征。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种二次光学透镜后模自由曲面的设计方法、终端及存储介质，其旨在解决传统透镜后模鳞面设计方法较难实现杂散光和副光斑的有效控制的难题。
为实现上述目的，本发明提供的一种二次光学透镜后模自由曲面的设计方法，所述设计方法包括以下步骤：获取入射至后模自由曲面部分光线的角度范围后，将所述角度范围进行若干等分，得到若干角度区间；根据目标角度及初始配光曲线调整因子，计算得到点光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度；根据初始平衡系数与平衡算法，计算得到面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度；根据所述面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度，通过迭代法算出初始后模自由曲面后，对所述初始后模自由曲面进行光学模拟操作，得到初始配光曲线；分析所述初始配光曲线的曲线状态，并在所述初始配光曲线出现波动缺陷时，不断调整所述初始配光曲线调整因子与所述初始平衡系数，直至达到目标配光效果。
可选地，所述获取入射至后模自由曲面部分光线的角度范围的步骤具体包括：根据已知透镜的外型尺寸，给定所述透镜的光学尺寸；根据所述光学尺寸及折射定律，计算得到所述角度范围。
可选地，所述将所述角度范围进行若干等分，得到若干角度区间的步骤具体包括：将所述角度范围进行N等分，得到N个小角度范围，N为正整数；将每一所述小角度范围进行M等分，得到M个所述角度区间，M为大于N的正整数。
可选地，所述根据目标角度及初始配光曲线调整因子，计算得到点光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度的步骤具体包括：依次令每一所述小角度范围的尾端光线入射至光斑的中心点，并根据环带光通量法则求出每一所述角度区间对应的环带光通量；赋予每一所述角度区间对应的环带对应的光强比值为1，且所述初始配光曲线调整因子假定模拟后光强极坐标配光曲线存在一个预设角度与预设幅度的凹槽；根据所述光强比值、所述预设角度与预设幅度，依次求出每一所述角度区间对应的不平整区间角度、光强分布控制因数与调整后光强分布；根据每一所述角度区间对应的调整后光强分布、所述目标角度及光通量计算公式，依次求出每一所述角度区间对应的光线映射的环带面积及点光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度。
可选地，所述平衡算法为：η1＝(η-K)/ABS(η-K)*(ABS(η^2-k^2))^0.5；其中，η为点光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度，K为所述初始平衡系数，是一个可手动调整数值以改变出射光η1的重要参数值，η1为面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度，ABS()为绝对值算法符号。
可选地，所述波动缺陷包括所述初始配光曲线的中心部分存在尖锐凸起或所述初始配光曲线的中心部分存在明显凹陷。
可选地，所述在所述初始配光曲线出现波动缺陷时，不断调整所述初始配光曲线调整因子与所述初始平衡系数，直至达到目标配光效果的步骤具体包括：若所述初始配光曲线的中心部分存在尖锐凸起，则将所述预设幅度的值调整为正值，并逐步调大所述预设幅度的值，以重新求出点光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度；逐步调整所述初始平衡系数，并根据所述平衡算法重新计算得到面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度；根据所述重新计算得到面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度，通过迭代法重新算出二次后模自由曲面后，对所述二次后模自由曲面进行光学模拟操作，得到二次配光曲线；分析所述二次配光曲线的曲线状态，并在所述二次配光曲线的中心部分存在尖锐凸起时重复上述各步骤，直至所述二次配光曲线消除所述尖锐凸起为止。
可选地，所述在所述初始配光曲线出现波动缺陷时，不断调整所述初始配光曲线调整因子与所述初始平衡系数，直至达到目标配光效果的步骤具体包括：若所述初始配光曲线的中心部分存在明显凹陷，则将所述预设幅度的值调整为负值，并逐步调小所述预设幅度的值，以重新求出点光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度；逐步调整所述初始平衡系数，并根据所述平衡算法重新计算得到面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度；根据所述重新计算得到面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度，通过迭代法重新算出二次后模自由曲面后，对所述二次后模自由曲面进行光学模拟操作，得到二次配光曲线；分析所述二次配光曲线的曲线状态，并在所述二次配光曲线的中心部分存在明显凹陷时重复上述各步骤，直至所述二次配光曲线消除所述明显凹陷为止。
此外，为实现上述目的，本发明实施例还提出一种终端，所述终端包括存储器、处理器、存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序以及用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信的数据总线，所述程序被所述处理器执行时实现上述的方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明实施例还提出一种存储介质，用于计算机可读存储，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述的方法的步骤。
本发明提供的二次光学透镜后模自由曲面的设计方法、终端及存储介质，其在二次光学透镜后模自由曲面设计时，先获取入射至后模自由曲面部分光线的角度范围后，将角度范围进行若干等分，得到若干角度区间后，再根据目标角度及初始配光曲线调整因子，计算得到点光源下的每一角度区间对应的出射光角度，及根据初始平衡系数与平衡算法，计算得到面光源下的每一角度区间对应的出射光角度。然后，根据面光源下的每一角度区间对应的出射光角度，通过迭代法算出初始后模自由曲面后，对初始后模自由曲面进行光学模拟操作，得到初始配光曲线。最后，分析初始配光曲线的曲线状态，并在初始配光曲线出现波动缺陷时，不断调整初始配光曲线调整因子与初始平衡系数，直至达到目标配光效果。这样一来，本设计方法通过等角划分后模，计算多层自由曲线鳞面的方式来给二次光学透镜的后模自由曲面添加鳞面，所得鳞面具有以下优点：1、每层鳞面的光分布形式一致，整体光斑的均匀度更好；2、多层鳞面结构共同影响主光斑，可以减少生产加工过程中局部不良造成的影响；3、光线避免在后模某一区域集中分布，可以大幅度降低炫光；4、每一层鳞面都可以有效控制杂散光；5、设计方向明确，设计周期较短。可见，本技术方案，其可有效解决传统透镜后模鳞面设计方法较难实现杂散光和副光斑的有效控制的难题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一二次光学透镜后模自由曲面的设计方法的流程框图。
图2为图1所示二次光学透镜后模自由曲面的设计方法中获取入射至后模自由曲面部分光线的角度范围的过程的流程框图。
图3为图1所示二次光学透镜后模自由曲面的设计方法中透镜的尺寸示意图。
图4为图1所示二次光学透镜后模自由曲面的设计方法中将该角度范围进行若干等分，得到若干角度区间的流程框图。
图5为图1所示二次光学透镜后模自由曲面的设计方法中步骤S120的具体流程框图。
图6a-6b为图1所示二次光学透镜后模自由曲面的透镜的结构示意图。
图7为图1所示二次光学透镜后模自由曲面的设计方法中所得后模自由曲面点光源下光线走势示意图。
图8为图1所示二次光学透镜后模自由曲面的设计方法中所得后模自由曲面的初始配光曲线示意图。
图9为图8所示初始配光曲线下的配光模拟状态图。
图10为图1所示二次光学透镜后模自由曲面的设计方法中步骤S150的具体流程框图。
图11为图1所示二次光学透镜后模自由曲面的设计方法中步骤S150的又一具体流程框图。
图12为图1所示二次光学透镜后模自由曲面的设计方法中所得后模自由曲面最终的二次配光曲线示意图。
图13为图12所示二次配光曲线下的配光模拟状态图。
图14为本发明实施例二终端的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一
如图1所示，本发明实施例一提供一种二次光学透镜后模自由曲面的设计方法，该检测方法包括以下步骤：
步骤S110：获取入射至后模自由曲面部分光线的角度范围后，将该角度范围进行若干等分，得到若干角度区间。
具体地，本设计方法通过等角划分后模，计算多层自由曲线鳞面的方式来给二次光学透镜的后模自由曲面添加鳞面，因而，其需先获取入射至后模自由曲面部分光线的角度范围，如图2所示，其具体过程如下：
步骤S11：根据已知透镜的外型尺寸，给定该透镜的光学尺寸。
步骤S12：根据该光学尺寸及折射定律，计算得到角度范围。
本实施例以PMMA材质的Φ75XH31mm的36D透镜为例，详细介绍本设计方法的设计方式及理念。既定：目标光源为Citizen 038，透镜尺寸为Φ75XH32mm，光源固定支架造成的光源原点偏移量(光源文件的发光平面距离透镜底孔距离)为1mm。设计时,通过3D绘图软件Solidworks，根据已知透镜的外型尺寸，给定该透镜的光学尺寸，具体如图3所示，其中，法兰边厚度EF＝2.2mm，法兰边宽度DF＝3mm(法兰信息是设计初始阶段根据一般装配关系的已知量)，此时，包含支架造成的光源位置偏移高度，则光学尺寸为R＝34.5mm，H＝30.8mm,即D坐标(34.5，30.8)，假设底孔入光口半径r＝OB＝14mm，拔模斜度(AB与竖直方向夹角)为2°(底孔入光口半径是根据应用发光面大小(与采用的目标光源相关)基本判断的数值，这个可以根据需要后续调整，拔模斜度是为了生产脱模所给定)，根据折射定律(这个是给定一个α数值时直线OA即有一个方程式，底孔入光口半径OB和拔模斜度(AB与竖直方向夹角)已知，则AB方程可知，交点A坐标可得。OA的入射角度为α减去拔模斜度，根据折射定律得出射角度，γ为出射角度加拔模斜度，以此关系建立一个excel关系，手动试错尝试调整α数值，很快可以得到基本接近目标半径的值)可知：入射光线OA与水平方向夹角为52.0276°时，经过内孔后的光线AD与水平线DF的交点坐标D(34.50005，30.8)，这里取所得D点坐标为标准法兰结点位置。将点光源的光线分为两部分，入射至后模自由曲面的光线α与入射至中心部分的光线β，且α∈(0°～52.0276°)，β∈(0°～37.9724°)。为方便计算这里将α转换为与竖直方向夹角α1，α1∈(37.9724°～90°)。
当获取入射至后模自由曲面部分光线的角度范围后，还需将该角度范围进行若干等分，得到若干角度区间，如图4所示，其具体过程如下：
步骤S21：将该角度范围进行N等分，得到N个小角度范围，N为正整数。
步骤S22：将每一小角度范围进行M等分，得到M个角度区间，M为大于N的正整数。
上述方法步骤通过对该角度范围进行两次等分，可在确保将该角度范围划分为足够小的角度区间的情形下，尽可能简化计算过程。其中，第一次进行N等分，得到N个小角度范围，其中，每一个小角度范围可对应一层鱼鳞面的计算。本实施例优选将N取值为9，此时，得到9个小角度范围具体如下表一所示：
表一角度范围列表
| 第一段 | 37.9724° | 43.64813818° |
| 第二段 | 43.754324444° | 49.42898263° |
| 第三段 | 49.53408889° | 55.20982707° |
| 第四段 | 55.31493333° | 60.99067152° |
| 第五段 | 61.09577778° | 66.77151596° |
| 第六段 | 66.87662222° | 72.5523604° |
| 第七段 | 72.65746667° | 78.33320485° |
| 第八段 | 78.43831111° | 84.11404929° |
| 第九段 | 84.21815556° | 90° |
接着，再将每一小角度范围进行M等分，得到M个角度区间，M为大于N的正整数，本实施例优选将M取值为55。对于本领域技术人员而言，等分数可以变动，9等分这里是考虑透镜空间尺寸9等分比较符合审美特征和便于加工，55等分是细分鳞面的自由曲面点数，这里点位越多越好。
步骤S120：根据目标角度及初始配光曲线调整因子，计算得到点光源下的每一角度区间对应的出射光角度。
具体地，当通上述方法步骤得到若干角度区间后，便可根据目标角度及初始配光曲线调整因子，计算得到点光源下的每一角度区间对应的出射光角度，如图5所示，其具体过程如下：
步骤S121：依次令每一小角度范围的尾端光线入射至光斑的中心点，并根据环带光通量法则求出每一角度区间对应的环带光通量。
步骤S122：赋予每一角度区间对应的环带对应的光强比值为1，且初始配光曲线调整因子假定模拟后光强极坐标配光曲线存在一个预设角度与预设幅度的凹槽。
步骤S123：根据该光强比值、该预设角度与该预设幅度，依次求出每一角度区间对应的不平整区间角度、光强分布控制因数与调整后光强分布。
步骤S124：根据每一角度区间对应的调整后光强分布、目标角度及光通量计算公式，依次求出每一角度区间对应的光线映射的环带面积及点光源下的每一角度区间对应的出射光角度。
上述方法步骤中，将每一小角度范围分别55等分后，根据环带光通量法则：Φ＝(sinθ1)^2-(sinθ2)^2；其中，Φ为环带光通量，θ1为外环角度一半，θ2为内环角度的一半(假定要求20°到21°之间的光通量，则21°所夹圆即为外环，20°所夹圆即为内环)。依次令每一小角度范围的尾端光线入射至光斑的中心点，即使：43.64813818°、49.42898263°……90°映射的出射光线为0°。列举第一段小角度范围的计算为例：将37.9724°-43.648138°进行55等分后，根据环带光通量法则求出每一角度区间对应的环带光通量，同时，赋予每一角度区间对应的环带对应的光强比值为1，且初始配光曲线调整因子假定模拟后光强极坐标配光曲线存在一个预设角度(即角度因子，在根据光通量分布计算的过程中，假定光强分布为等光强分布的条件下，所有角度对应的光强比值均为1，此条件下，令其光强比值为1，在对应角度的强度上增加一个余弦函数作用，其角度因子影响该余弦函数的周期，通过调整周期改变余弦函数的数值，从而改变对光强的影响，其值∈(0,180)，本实施例优选为15°)与预设幅度(本实施例优选为-0.2)的凹槽(此区间和凹陷幅度为可控制，可根据后续模拟效果进一步调整数据)。此时，每一角度区间对应的环带光通量、不平整区间角度、光强分布控制因数与调整后光强分布如下表二所示：
表二各角度区间对应信息
| 角度区间 | 环带光通量 | 光强分布 | 不平整区间角度 | 光强分布控制因数 | 调整后光强分布 | 实际覆盖面积 | 对应出射光角度 |
| 37.9724～38.07320808 | 0.00170751 | 1 | 0 | -0.2 | 0.8 | 331666.7612 | 18 |
| 38.07320808～38.17401616 | 0.00170899 | 1 | 0.277777778 | -0.199661632 | 0.800338368 | 324501.9094 | 17.81693706 |
| 38.17401616～38.27482424 | 0.00171045 | 1 | 0.555555556 | -0.198647672 | 0.801352328 | 317333.6263 | 17.63136931 |
| 38.27482424～38.37563232 | 0.00171189 | 1 | 0.833333333 | -0.196961551 | 0.803038449 | 310167.5643 | 17.44336285 |
| 38.37563232～38.4764404 | 0.00171331 | 1 | 1.111111111 | -0.194608974 | 0.805391026 | 303009.3166 | 17.25298572 |
| 38.4764404～38.57724848 | 0.00171471 | 1 | 1.388888889 | -0.191597902 | 0.808402098 | 295864.3698 | 17.06030674 |
| 38.57724848～38.67805657 | 0.00171608 | 1 | 1.666666667 | -0.187938524 | 0.812061476 | 288738.058 | 16.86539439 |
| 38.67805657～38.77886465 | 0.00171744 | 1 | 1.944444444 | -0.183643221 | 0.816356779 | 281635.5199 | 16.66831564 |
| 38.77886465～38.87967273 | 0.00171877 | 1 | 2.222222222 | -0.178726528 | 0.821273472 | 274561.6594 | 16.46913476 |
| 38.87967273～38.98048081 | 0.00172009 | 1 | 2.5 | -0.173205081 | 0.826794919 | 267521.1106 | 16.26791212 |
| 38.98048081～39.08128889 | 0.00172138 | 1 | 2.777777778 | -0.167097562 | 0.832902438 | 260518.207 | 16.06470305 |
| 39.08128889～39.18209697 | 0.00172265 | 1 | 3.055555556 | -0.160424639 | 0.839575361 | 253556.9557 | 15.85955672 |
| 39.18209697～39.28290505 | 0.0017239 | 1 | 3.333333333 | -0.153208889 | 0.846791111 | 246641.0171 | 15.65251497 |
| 39.28290505～39.38371313 | 0.00172512 | 1 | 3.611111111 | -0.145474728 | 0.854525272 | 239773.6887 | 15.44361132 |
| 39.38371313～39.48452121 | 0.00172633 | 1 | 3.888888889 | -0.137248328 | 0.862751672 | 232957.8953 | 15.23286992 |
| 39.48452121～39.58532929 | 0.00172751 | 1 | 4.166666667 | -0.128557522 | 0.871442478 | 226196.1825 | 15.02030458 |
| 39.58532929～39.68613737 | 0.00172868 | 1 | 4.444444444 | -0.119431718 | 0.880568282 | 219490.7157 | 14.80591786 |
| 39.68613737～39.78694545 | 0.00172982 | 1 | 4.722222222 | -0.109901796 | 0.890098204 | 212843.2829 | 14.58970013 |
| 39.78694545～39.88775354 | 0.00173094 | 1 | 5 | -0.1 | 0.9 | 206255.3009 | 14.37162872 |
| 39.88775354～39.98856162 | 0.00173204 | 1 | 5.277777778 | -0.089759836 | 0.910240164 | 199727.8248 | 14.15166703 |
| 39.98856162～40.0893697 | 0.00173312 | 1 | 5.555555556 | -0.079215953 | 0.920784047 | 193261.5608 | 13.92976367 |
| 40.0893697～40.19017778 | 0.00173417 | 1 | 5.833333333 | -0.068404029 | 0.931595971 | 186856.8801 | 13.7058515 |
| 40.19017778～40.29098586 | 0.00173521 | 1 | 6.111111111 | -0.057360647 | 0.942639353 | 180513.8355 | 13.47984673 |
| 40.29098586～40.39179394 | 0.00173622 | 1 | 6.388888889 | -0.046123174 | 0.953876826 | 174232.1786 | 13.25164778 |
| 40.39179394～40.49260202 | 0.00173721 | 1 | 6.666666667 | -0.034729636 | 0.965270364 | 168011.3785 | 13.02113422 |
| 40.49260202～40.5934101 | 0.00173818 | 1 | 6.944444444 | -0.023218583 | 0.976781417 | 161850.6404 | 12.78816538 |
| 40.5934101～40.69421818 | 0.00173913 | 1 | 7.222222222 | -0.011628966 | 0.988371034 | 155748.9248 | 12.55257885 |
| 40.69421818～40.79502626 | 0.00174006 | 1 | 7.5 | -1.01E-16 | 1 | 149704.9659 | 12.31418876 |
| 40.79502626～40.89583434 | 0.00174096 | 1 | 7.777777778 | 0.011628966 | 1.011628966 | 143717.2905 | 12.07278366 |
| 40.89583434～40.99664242 | 0.00174185 | 1 | 8.055555556 | 0.023218583 | 1.023218583 | 137784.2357 | 11.82812412 |
| 40.99664242～41.09745051 | 0.00174271 | 1 | 8.333333333 | 0.034729636 | 1.034729636 | 131903.9656 | 11.57993975 |
| 41.09745051～41.19825859 | 0.00174355 | 1 | 8.611111111 | 0.046123174 | 1.046123174 | 126074.488 | 11.32792569 |
| 41.19825859～41.29906667 | 0.00174437 | 1 | 8.888888889 | 0.057360647 | 1.057360647 | 120293.6689 | 11.07173834 |
| 41.29906667～41.39987475 | 0.00174517 | 1 | 9.166666667 | 0.068404029 | 1.068404029 | 114559.2472 | 10.81099012 |
| 41.39987475～41.50068283 | 0.00174594 | 1 | 9.444444444 | 0.079215953 | 1.079215953 | 108868.8473 | 10.5452431 |
| 41.50068283～41.60149091 | 0.0017467 | 1 | 9.722222222 | 0.089759836 | 1.089759836 | 103219.9909 | 10.27400105 |
| 41.60149091～41.70229899 | 0.00174743 | 1 | 10 | 0.1 | 1.1 | 97610.10791 | 9.996699589 |
| 41.70229899～41.80310707 | 0.00174814 | 1 | 10.27777778 | 0.109901796 | 1.109901796 | 92036.54624 | 9.712693732 |
| 41.80310707～41.90391515 | 0.00174883 | 1 | 10.55555556 | 0.119431718 | 1.119431718 | 86496.58003 | 9.421242047 |
| 41.90391515～42.00472323 | 0.0017495 | 1 | 10.83333333 | 0.128557522 | 1.128557522 | 80987.4174 | 9.121486227 |
| 42.00472323～42.10553131 | 0.00175014 | 1 | 11.11111111 | 0.137248328 | 1.137248328 | 75506.207 | 8.812424383 |
| 42.10553131～42.20633939 | 0.00175077 | 1 | 11.38888889 | 0.145474728 | 1.145474728 | 70050.04364 | 8.492875531 |
| 42.20633939～42.30714747 | 0.00175137 | 1 | 11.66666667 | 0.153208889 | 1.153208889 | 64615.97308 | 8.161431496 |
| 42.30714747～42.40795556 | 0.00175195 | 1 | 11.94444444 | 0.160424639 | 1.160424639 | 59200.99598 | 7.816390329 |
| 42.40795556～42.50876364 | 0.00175251 | 1 | 12.22222222 | 0.167097562 | 1.167097562 | 53802.07112 | 7.455661763 |
| 42.50876364～42.60957172 | 0.00175305 | 1 | 12.5 | 0.173205081 | 1.173205081 | 48416.11791 | 7.076628868 |
| 42.60957172～42.7103798 | 0.00175357 | 1 | 12.77777778 | 0.178726528 | 1.178726528 | 43040.01827 | 6.675938213 |
| 42.7103798～42.81118788 | 0.00175406 | 1 | 13.05555556 | 0.183643221 | 1.183643221 | 37670.61794 | 6.249167382 |
| 42.81118788～42.91199596 | 0.00175453 | 1 | 13.33333333 | 0.187938524 | 1.187938524 | 32304.72724 | 5.790268764 |
| 42.91199596～43.01280404 | 0.00175498 | 1 | 13.61111111 | 0.191597902 | 1.191597902 | 26939.12141 | 5.290572152 |
| 43.01280404～43.11361212 | 0.00175541 | 1 | 13.88888889 | 0.194608974 | 1.194608974 | 21570.54047 | 4.736823278 |
| 43.11361212～43.2144202 | 0.00175582 | 1 | 14.16666667 | 0.196961551 | 1.196961551 | 16195.68879 | 4.106792601 |
| 43.2144202～43.31522828 | 0.00175621 | 1 | 14.44444444 | 0.198647672 | 1.198647672 | 10811.23431 | 3.357282562 |
| 43.31522828～43.41603636 | 0.00175657 | 1 | 14.72222222 | 0.199661632 | 1.199661632 | 5413.807465 | 2.377112944 |
| 43.41603636 | 0 | 1 | 15 | 0.2 | 1.2 | 0 | 0 |
其中，上述不平整区间角度划分存在如下关系：Ni+1＝Ni+L/55(Ni和Ni+1为相邻两个值，L为预设角度，其数值0-180可调整)；光强分布控制因数：预设幅度(取值范围-1～1之间)*cos(180/pi()*对应的不平整区间角度)；调整后光强分布＝1+光强分布控制因数。
同时，根据每一角度区间对应的调整后光强分布、目标角度及光通量计算公式(φ＝E*S；其中，Φ为光通量，E为照度，S为面积)，依次求出每一角度区间对应的光线映射的环带面积及点光源下的每一角度区间对应的出射光角度(光通量分布的算法的实质在于求出对应入射光线映射的出射光覆盖面积，进而求出出射光角度。在环带光通量算法中我们可以得到相邻环带内光通量的比值关系，在1m的接收面上，给定目标角度后，可得目标光斑的覆盖面积，那么根据总面积和相关面积比，就可以分别求出所有环带对应的面积，根据覆盖面积求出半径，已知对应距离，根据直角函数关系即可求出出射光对应的角度)。
步骤S130：根据初始平衡系数与平衡算法，计算得到面光源下的每一角度区间对应的出射光角度。
具体地，当通过上述方法步骤得到点光源下的每一角度区间对应的出射光角度后，考虑到点光源计算结果与实际面光源的差异，这里引入了一个平衡算法，以根据初始平衡系数与平衡算法，计算得到面光源下的每一角度区间对应的出射光角度，该平衡算法具体为：
η1＝(η-K)/ABS(η-K)*(ABS(η^2-K^2))^0.5；
其中，η为点光源下的每一角度区间对应的出射光角度，K为初始平衡系数，是一个可手动调整数值以改变出射光η1的重要参数值，η1为面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度，ABS()为绝对值算法符号。假设初始平衡系数为1，二次光学透镜前模出光面为平面(如果是斜面或凹面也可根据斜率求出对应的后模面的反射光线，这里不一一赘述)，则第一部分所得出射光如上表二所示。
步骤S140：根据面光源下的每一角度区间对应的出射光角度，通过迭代法算出初始后模自由曲面后，对初始后模自由曲面进行光学模拟操作，得到初始配光曲线。
具体地，当通过上述方法步骤得到面光源下的每一角度区间对应的出射光角度后，便可通过迭代法算出初始后模自由曲面后，具体如图6a-6b所示，接着，对初始后模自由曲面进行光学模拟操作，即将所得3D图档代入LightTools光学软件中，得到点光源下光线走势如图7所示，可见，每一层鱼鳞面的光线均得到有效控制，无明显的杂散光，光线交叉均匀。此时，初始状态下，目标角度设定为36°，预设角度为15，预设幅度为-0.2，初始平衡系数为2，此时所得初始配光曲线如图8所示，配光效果具体如图9所示。
步骤S150：分析初始配光曲线的曲线状态，并在初始配光曲线出现波动缺陷时，不断调整初始配光曲线调整因子与初始平衡系数，直至达到目标配光效果。
具体地，当通过上述方法步骤得到初始配光曲线，还需对初始配光曲线的曲线状态进行进一步分析，以在初始配光曲线出现波动缺陷时，不断调整初始配光曲线调整因子与初始平衡系数，直至达到目标配光效果。上述提到的波动缺陷包括初始配光曲线的中心部分存在尖锐凸起或初始配光曲线的中心部分存在明显凹陷。此时，如图10所示，执行本方法步骤的具体过程如下：
步骤S151：若初始配光曲线的中心部分存在尖锐凸起，则将预设幅度的值调整为正值，并逐步调大预设幅度的值，以重新求出点光源下的每一角度区间对应的出射光角度。
步骤S152：逐步调整初始平衡系数，并根据平衡算法重新计算得到面光源下的每一角度区间对应的出射光角度。
步骤S153：根据重新计算得到面光源下的每一角度区间对应的出射光角度，通过迭代法重新算出二次后模自由曲面后，对二次后模自由曲面进行光学模拟操作，得到二次配光曲线。
步骤S154：分析二次配光曲线的曲线状态，并在二次配光曲线的中心部分存在尖锐凸起时重复上述各步骤，直至二次配光曲线消除尖锐凸起为止。
或者如图11所示，执行本方法步骤的具体过程如下：
步骤S251：若初始配光曲线的中心部分存在明显凹陷，则将预设幅度的值调整为负值，并逐步调小预设幅度的值，以重新求出点光源下的每一角度区间对应的出射光角度。
步骤S252：逐步调整初始平衡系数，并根据平衡算法重新计算得到面光源下的每一角度区间对应的出射光角度。
步骤S253：根据重新计算得到面光源下的每一角度区间对应的出射光角度，通过迭代法重新算出二次后模自由曲面后，对二次后模自由曲面进行光学模拟操作，得到二次配光曲线。
步骤S254：分析二次配光曲线的曲线状态，并在二次配光曲线的中心部分存在明显凹陷时重复上述各步骤，直至二次配光曲线消除明显凹陷为止。
上述方法步骤中，初始平衡系数相当于影响光通量分布的余弦函数的振幅，初始点光源下计算的光通量分布在初始平衡系数不等于0的情况下会发生变化。在等光强分布的条件下，所有光线区间的光强比值均为1，在引入初始平衡系数后，在(-1，1)的区间内的余弦曲线值与对应的光强1相加，形成新的比例关系，且不失平滑性，通过这一作用改变所得光线分布，从而通过调整初始平衡系数，改变目标角度和光分布。另外，由于初始平衡系数的影响对不同角度的影响是不同的，因而，上述方法步骤中的逐步调整初始平衡系数的过程具体为可以尝试加大或减小初始平衡系数的数值，找到修正方向，再加以逐步调整即可。
最终，经过上述方法步骤调整，目标设定角度为36°，预设角度调整为110，预设幅度调整为-0.3，初始平衡系数调整为3.8，此时所得二次配光曲线如图12所示，配光效果具体如图13所示。此时所得目标角度为35D，光斑过渡自然、平滑，无明显副光斑。后模曲面部分设计完成。整个设计周期较短，且光斑、光色和杂散光均得到了有效的控制。
实施例二
如图14所示，本发明实施例二提出一种终端20，该终端20包括存储器21、处理器22、存储在该存储器上并可在该处理器上运行的程序以及用于实现处理器21和存储器22之间的连接通信的数据总线23，该程序被该处理器执行时，以实现上述实施例一中二次光学透镜后模自由曲面的设计方法的步骤，具体如上所述，此处不再赘述。
需要说明的是，本发明实施例的终端20实施例与方法实施例一属于同一构思，其具体实现过程详细见方法实施例一，且方法实施例一中的技术特征在终端20实施例中均对应适用，这里不再赘述。
实施例三
本发明实施例三提出一种存储介质，用于计算机可读存储，该存储介质存储有一个或者多个程序，该一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述实施例一中二次光学透镜后模自由曲面的设计方法的具体步骤。
需要说明的是，上述存储介质与方法实施例一属于同一构思，其具体实现过程详细见方法实施例一，且方法实施例一中的技术特征在存储介质实施例中均对应适用，这里不再赘述。
本发明实施例中的二次光学透镜后模自由曲面的设计方法、终端及存储介质，其在二次光学透镜后模自由曲面设计时，先获取入射至后模自由曲面部分光线的角度范围后，将角度范围进行若干等分，得到若干角度区间后，再根据目标角度及初始配光曲线调整因子，计算得到点光源下的每一角度区间对应的出射光角度，及根据初始平衡系数与平衡算法，计算得到面光源下的每一角度区间对应的出射光角度。然后，根据面光源下的每一角度区间对应的出射光角度，通过迭代法算出初始后模自由曲面后，对初始后模自由曲面进行光学模拟操作，得到初始配光曲线。最后，分析初始配光曲线的曲线状态，并在初始配光曲线出现波动缺陷时，不断调整初始配光曲线调整因子与初始平衡系数，直至达到目标配光效果。这样一来，本设计方法通过等角划分后模，计算多层自由曲线鳞面的方式来给二次光学透镜的后模自由曲面添加鳞面，所得鳞面具有以下优点：1、每层鳞面的光分布形式一致，整体光斑的均匀度更好；2、多层鳞面结构共同影响主光斑，可以减少生产加工过程中局部不良造成的影响；3、光线避免在后模某一区域集中分布，可以大幅度降低炫光；4、每一层鳞面都可以有效控制杂散光；5、设计方向明确，设计周期较短。可见，本技术方案，其可有效解决传统透镜后模鳞面设计方法较难实现杂散光和副光斑的有效控制的难题。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种二次光学透镜后模自由曲面的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：
获取入射至后模自由曲面部分光线的角度范围后，将所述角度范围进行若干等分，得到若干角度区间；
根据目标角度及初始配光曲线调整因子，计算得到点光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度；
根据初始平衡系数与平衡算法，计算得到面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度；
根据所述面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度，通过迭代法算出初始后模自由曲面后，对所述初始后模自由曲面进行光学模拟操作，得到初始配光曲线；
分析所述初始配光曲线的曲线状态，并在所述初始配光曲线出现波动缺陷时，不断调整所述初始配光曲线调整因子与所述初始平衡系数，直至达到目标配光效果；
所述将所述角度范围进行若干等分，得到若干角度区间的步骤具体包括：将所述角度范围进行N等分，得到N个小角度范围，N为正整数；将每一所述小角度范围进行M等分，得到M个所述角度区间，M为大于N的正整数；
所述根据目标角度及初始配光曲线调整因子，计算得到点光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度的步骤具体包括：依次令每一所述小角度范围的尾端光线入射至光斑的中心点，并根据环带光通量法则求出每一所述角度区间对应的环带光通量；赋予每一所述角度区间对应的环带对应的光强比值为1，且所述初始配光曲线调整因子假定模拟后光强极坐标配光曲线存在一个预设角度与预设幅度的凹槽；根据所述光强比值、所述预设角度与预设幅度，依次求出每一所述角度区间对应的不平整区间角度、光强分布控制因数与调整后光强分布；根据每一所述角度区间对应的调整后光强分布、所述目标角度及光通量计算公式，依次求出每一所述角度区间对应的光线映射的环带面积及点光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述获取入射至后模自由曲面部分光线的角度范围的步骤具体包括：
根据已知透镜的外型尺寸，给定所述透镜的光学尺寸；
根据所述光学尺寸及折射定律，计算得到所述角度范围。
3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述平衡算法为：
η1＝(η-K)/ABS(η-K)*(ABS(η^2-k^2))^0.5；
其中，η为点光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度，K为所述初始平衡系数，是一个可手动调整数值以改变出射光η1的重要参数值，η1为面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度，ABS()为绝对值算法符号。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述波动缺陷包括所述初始配光曲线的中心部分存在尖锐凸起或所述初始配光曲线的中心部分存在明显凹陷。
5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述在所述初始配光曲线出现波动缺陷时，不断调整所述初始配光曲线调整因子与所述初始平衡系数，直至达到目标配光效果的步骤具体包括：
若所述初始配光曲线的中心部分存在尖锐凸起，则将所述预设幅度的值调整为正值，并逐步调大所述预设幅度的值，以重新求出点光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度；
逐步调整所述初始平衡系数，并根据所述平衡算法重新计算得到面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度；
根据所述重新计算得到面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度，通过迭代法重新算出二次后模自由曲面后，对所述二次后模自由曲面进行光学模拟操作，得到二次配光曲线；
分析所述二次配光曲线的曲线状态，并在所述二次配光曲线的中心部分存在尖锐凸起时重复上述各步骤，直至所述二次配光曲线消除所述尖锐凸起为止。
6.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，所述在所述初始配光曲线出现波动缺陷时，不断调整所述初始配光曲线调整因子与所述初始平衡系数，直至达到目标配光效果的步骤具体包括：
若所述初始配光曲线的中心部分存在明显凹陷，则将所述预设幅度的值调整为负值，并逐步调小所述预设幅度的值，以重新求出点光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度；
逐步调整所述初始平衡系数，并根据所述平衡算法重新计算得到面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度；
根据所述重新计算得到面光源下的每一所述角度区间对应的出射光角度，通过迭代法重新算出二次后模自由曲面后，对所述二次后模自由曲面进行光学模拟操作，得到二次配光曲线；
分析所述二次配光曲线的曲线状态，并在所述二次配光曲线的中心部分存在明显凹陷时重复上述各步骤，直至所述二次配光曲线消除所述明显凹陷为止。
7.一种终端，其特征在于，包括：存储器、处理器、存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序以及用于实现所述处理器和所述存储器之间的连接通信的数据总线，所述程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-6任一所述的方法的步骤。
8.一种存储介质，用于计算机可读存储，其特征在于，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1-6任一所述的方法的步骤。
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