De ontwerpmethoden voor oppervlakte-oplossingen voor vrije vorm omvatten voornamelijk iteratieve optimalisatie en directe mapping.
Iteratieve optimalisatiemethode
De iteratieve optimalisatiemethode is om het ontwerp van vrije vormoppervlakken te optimaliseren door parameters herhaaldelijk te wijzigen op basis van de bekende initiële structuur van het optische systeem. De specifieke stappen zijn als volgt:
Bepaal de initiële structuur van het optische systeem: dit is de eerste stap in het ontwerpproces en het basiskader van het optische systeem moet worden opgehelderd.
Selecteer optimalisatievariabelen en evaluatiefuncties: selecteer geschikte optimalisatievariabelen en evaluatiefuncties volgens ontwerpvereisten om de kwaliteit van het ontwerp te meten.
Algparameters met behulp van optimalisatie-algoritmen: gebruik computerondersteunde ontwerpsoftware zoals ANSYS ZEMAX om geleidelijk parameters aan te passen met behulp van optimalisatie-algoritmen om de beste evaluatiefunctiewaarde te verkrijgen. De iteratieve optimalisatiemethode kan een groot aantal stralen tegelijkertijd berekenen en variabelen geleidelijk verhogen volgens de behoeften, maar de ontwerpcyclus is lang en hangt af van de initiële structuur.
Directe toewijzingsmethode
De directe toewijzingsmethode is om een lichtmapping- en propagatiemodel op te stellen op basis van optische principes om de oppervlaktegegevens van vrije vormoppervlakken op te lossen. De belangrijkste methoden omvatten het volgende:
Partiële differentiaalvergelijkingsmethode: gebaseerd op het principe van geometrische optica, door een gedeeltelijke differentiaalvergelijking op te stellen die het vrije vormoppervlak beschrijft en de vergelijking numeriek op te lossen met gegeven initiële waarden, worden de karakteristieke parameters van het vrije vormoppervlak verkregen1.
Simultane multi-oppervlakte-methode: ook bekend als de gelijke optische padmethode, gebaseerd op de stelling van Fermat en de randstraaltheorie, wordt de relatie tussen de optische paden van de invallende en uitgaande golffront berekend. Het is geschikt voor het verlichtingsontwerp van symmetrische systemen, maar de berekening is complex en moeilijk te verwerken voor asymmetrische systemen.
Point-per-point constructie-iteratiemethode: het is verdeeld in tweedimensionale punt-voor-puntconstructie en driedimensionale punt-voor-puntconstructie. Door de lichtmappingrelatie tussen de lichtbron en het doeloppervlak tot stand te brengen, worden de karakteristieke parameters van het invallende punt en het uitgangspunt berekend.
Specifieke toepassingsgevallen
In het ontwerp van vrije oppervlakte-lenzen maakt code V-software de instelling van off-axis hoekparameters en polynoomafwijking mogelijk om ontwerpers te helpen meer nauwkeurige controle in optische systeemmodellering te bereiken. Bovendien worden vrije vormoppervlakken ook op grote schaal gebruikt bij lasermicromachining, optische pincet, optische microscopie en andere velden. Specifieke spotpatronen worden bereikt door nauwkeurig focussen en de energieoverdracht van het lichtveld reguleren