本发明专利技术属于光学器件设计技术领域，涉及一种基于抛物面镜阵列的反射型光学积分器的设计方法，包括：积分器初始参数的确定；从中心处的抛物面单元出发，沿X方向迭代计算，求取所有的积分器单元在X方向上的位置参数和方向参数；从中心处的抛物面单元出发，沿Y方向迭代计算，求取所有的积分器单元在Y方向上的位置参数和方向参数；根据前两步求得的积分器参数，建立积分器模型；设计加工路径，进行超精密车削加工。采用本发明专利技术方法设计的反射型积分器比传统的透射型积分器结构简单，而且稳定性好，在相同入射光的能量情况下，有更加优秀的光照强度的分布均匀。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到一种用于实现杂乱光线的照明均勻化的光学器件设计，属于光学设 计领域，同时属于对需要均勻光照射的各种
，如太阳模拟器及投影仪照明等。
技术介绍
积分照明就是把杂乱无章的光经过光学系统整合成照射均勻的光，或者可实现亮 度提高和均勻，可广泛应用于绿色能源、空间技术等领域。光学积分器是积分照明中最重要 的光学器件。根据光的传播定律，光学积分器可以分为折射型(透射型)和反射型。折射 型的光学积分器如微透镜阵列，一般折射型光学积分器用于同轴系统中，同轴系统的缺点 就是光路长，导致光学系统的外形轮廓大。利用微透镜阵列完成光束的均光是目前普遍采 用的均光的方式，但是由于利用了透镜所以会引入透镜的一些缺点，如像差大、光损失严重 等，这些缺点会影响接收面的光束的均勻性。而反射型积分器采用离轴方式，缩减了光路长 度，占用空间小。更重要的是，积分器用反射镜代替了折射镜，从而减少了像差对光路的影 响，同时也减少了折射材料对光辐射能量的吸收损失，增大了能量的利用率。由于反射型积分器外形结构复杂，加工不易实现，目前很少使用。但随着超精密技 术的发展和成熟，尤其采用刀具伺服的单点金刚石切削技术的发展，为复杂形状光学器件 的加工提供了有力的工具，为反射型积分器的应用提供了保障，因此，鉴于反射型积分器的 众多应用优点，有必要开展反射型积分器设计方面的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种简单可行的反射型积分器设计方法。本专利技术采用多个抛 物面组成的曲面阵列进行反射型积分器设计，实现良好的均勻照明。一种，该种反射型光学积分器 包括一个抛物面反射镜阵列，以抛物面反射镜阵列中心处的抛物面中心为坐标原点，以平 行光入射的反方向为Z轴，建立直角坐标系，沿着Z轴的平行光经过积分器的反射后，到达 接收面；积分器的结构参数包括各个抛物面单元沿着X轴和Y轴的边长、接收面的边长d和 抛物面本身的参数，每个抛物面单元的位置参数包括单元中心点的坐标、分别绕X轴和Y轴 的旋转角度以及绕X轴和Y轴旋转的旋转中心的坐标；其设计方法包括第一步.积分器初始参数的确定(1)根据接收面和反射面的距离确定抛物面的焦距f，从而得到抛物面的方程权利要求1. 一种，该种反射型光学积分器包 括一个抛物面反射镜阵列，以抛物面反射镜阵列中心处的抛物面中心为坐标原点，以平行 光入射的反方向为Z轴，建立直角坐标系，沿着Z轴的平行光经过积分器的反射后，到达接 收面；积分器的结构参数包括各个抛物面单元沿着X轴和Y轴的边长、接收面的边长d和抛 物面本身的参数，每个抛物面单元的位置参数包括单元中心点的坐标、分别绕X轴和Y轴的 旋转角度以及绕X轴和Y轴旋转的旋转中心的坐标；其设计方法包括 第一步.积分器初始参数的确定(1)根据接收面和反射面的距离确定抛物面的焦距f，从而得到抛物面的方程 X2+Y2 = 4fZ ；(2)根据抛物面反射镜阵列中心处的抛物面单元的边长2a，可以求得抛物面中心距离接收面中心的距离D，全文摘要本专利技术属于光学器件设计
，涉及一种，包括积分器初始参数的确定；从中心处的抛物面单元出发，沿X方向迭代计算，求取所有的积分器单元在X方向上的位置参数和方向参数；从中心处的抛物面单元出发，沿Y方向迭代计算，求取所有的积分器单元在Y方向上的位置参数和方向参数；根据前两步求得的积分器参数，建立积分器模型；设计加工路径，进行超精密车削加工。采用本专利技术方法设计的反射型积分器比传统的透射型积分器结构简单，而且稳定性好，在相同入射光的能量情况下，有更加优秀的光照强度的分布均匀。文档编号G02B27/00GK102116934SQ201110067899公开日2011年7月6日 申请日期2011年3月21日 优先权日2011年3月21日专利技术者张效栋, 房丰洲, 程颖 申请人:天津大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于抛物面镜阵列的反射型光学积分器的设计方法，该种反射型光学积分器包括一个抛物面反射镜阵列，以抛物面反射镜阵列中心处的抛物面中心为坐标原点，以平行光入射的反方向为Ｚ轴，建立直角坐标系，沿着Ｚ轴的平行光经过积分器的反射后，到达接收面；积分器的结构参数包括各个抛物面单元沿着Ｘ轴和Ｙ轴的边长、接收面的边长ｄ和抛物面本身的参数，每个抛物面单元的位置参数包括单元中心点的坐标、分别绕Ｘ轴和Ｙ轴的旋转角度以及绕Ｘ轴和Ｙ轴旋转的旋转中心的坐标；其设计方法包括：第一步．积分器初始参数的确定：（１）根据接收面和反射面的距离确定抛物面的焦距ｆ，从而得到抛物面的方程：Ｘ２＋Ｙ２＝４ｆＺ；（２）根据抛物面反射镜阵列中心处的抛物面单元的边长２ａ，可以求得抛物面中心距离接收面中心的距离Ｄ，第二步．从中心处的抛物面单元出发，重复执行下面的第（１）步至第（３）步，沿Ｘ方向进行迭代计算，求取所有的积分器单元在Ｘ方向上的位置参数和方向参数：（１）利用接收面的边界坐标Ａ１（－ａ，ａ，Ｄ），Ａ２（－ａ，－ａ，Ｄ）和前一个抛物面单元的边界处的坐标Ｐ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１），Ｐ２（ｘ２，ｙ２，ｚ２），建立方程组：求得当前抛物面单元的焦点Ｂ１（ｘ０，ｙ０，ｚ０），并求取当前抛物面单元的旋转中心Ｐ０的坐标为（ｍｃ，ｎｃ，ｋｃ）：（２）设当前抛物面单元未经过旋转的曲面满足标准抛物面方程（Ｘ－ａ１）２＋（Ｙ－ａ２）２＝４ｆ１（Ｚ－ａ３），根据当前焦点Ｂ１（ｘ０，ｙ０，ｚ０）和未经过旋转的曲面的焦点（ａ１，ａ２，ａ３＋ｆ１），利用坐标变换公式：求得抛物面的旋转角度ｂ和标准抛物面方程的参数ａ１，ａ２，ａ３，ｆ１，旋转角度ｂ确定了当前抛物面单元在Ｘ方向上的方位；（３）下一个抛物面单元的旋转中心Ｑ０（ｘｐ０，ｙｐ０，ｚｐ０）是通过前一个抛物面单元的标准抛物面上的点Ｑ１（ｘｂ０，ｙｂ０，ｚｂ０）求得的，它们之间的关系满足下面的方程组：（ｍａｔｈ）??（ｍｆｅｎｃｅｄｏｐｅｎ＝＇｛＇ｃｌｏｓｅ＝＇＇）?（ｍｔａｂｌｅ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｐ（／ｍｉ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｍ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｃ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｂ（／ｍｉ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｍ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｃ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＊（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｃｏｓ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｂ（／ｍｉ）?（ｍｏ）／（／ｍｏ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｚ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｂ（／ｍｉ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｃ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＊（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｓｉｎ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｂ（／ｍｉ）?（ｍｏ）／（／ｍｏ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｔｄ）?（／ｍｔｒ）?（ｍｔｒ）?（ｍｔｄ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｚ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｐ（／ｍｉ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｃ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｚ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｂ（／ｍｉ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｃ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＊（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｃｏｓ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｂ（／ｍｉ）?（ｍｏ）／（／ｍｏ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｘ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｂ（／ｍｉ）?（ｍｎ）０（／ｍｎ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｂ）?...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：房丰洲，程颖，张效栋，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12
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