[发明专利]一种增大光束传播散射汇聚角度的透镜及制造方法

说明书

本发明提供了一种增大光束传播散射汇聚角度的透镜及制造方法，包括：曲面，所述曲面一侧设有若干组凹凸镜，所述每组中凹镜与凸镜相连，所述曲面一侧设有若干个区域，分别设有一组所述凹凸镜，所述每组中凹镜的径向高度大于所述凸镜的径向高度，本发明结合几何学投影原理，分析光束在入射面的入射角度变化分布，模拟出入射纵截面高阶次连续的曲线，来设计“凹/凸透镜”合理的组合；并通过光学软件仿真，验证光束扩散效果，通过不断调整入射曲面进行优化；之后以PC为材质，波长为960nm的红外光源提供光束，对所设计的透镜进行实验，再进行设计优化；最后提出FFT.Ken透镜。

技术领域

本发明涉及光线照明、信号传播、科技研究、能量扩散/汇聚等多个领域，具体涉及一种基于光学原理增大光束传播散射/汇聚角度的透镜(FFT.Ken透镜)及制造方法。

背景技术

目前针对扩大光束传播散射/汇聚角度的透镜，都基于光学基本的折射及散射原理，例如最基础的凸透镜(图1)与凹透镜(图2)。

在基本的光学原理上，有根据光的干涉及扰射以及相对灵敏度和入射角来要求来设计纹理的菲涅尔透镜(图3)。菲涅尔透镜是由法国物理学家Augustin.Fresnel发明的，1822年他以这种透镜设计建立了一个玻璃菲涅尔透镜系统——“灯塔透镜”。这种透镜工作原理为假设一个透镜的折射能量仅仅发生在光学表面，拿掉尽可能多的光学材料，而保留表面的弯曲度。

目前已有的基本凸透镜与凹透镜无法在单个透镜、厚度有限、表面曲率不允许过大的条件下，将光束传播散射/汇聚到足够角度——例如120°光束入射，经透镜后传播角度无法达到180°，如图4、图5。

发明内容

为了解决上述不足的缺陷，本发明提供了增大光束传播散射汇聚角度的透镜及制造方法，可以解决红外控制信号发射灯，在有限设计空间及成本要求下，发射角度不足的问题。本发明在初衷之上，更希望提出一种新透镜，用来解决光照明及光信号传播等更一般情形的扩散/汇聚角度不足的问题。

本发明提供了一种增大光束传播散射汇聚角度的透镜，包括：

曲面，所述曲面一侧设有若干组凹凸镜，所述每组中凹镜与凸镜相连，所述曲面一侧设有若干个区域，分别设有一组所述凹凸镜。

上述的透镜，其中，所述每组中凹镜的径向高度大于所述凸镜的径向高度。

另一方面，一种增大光束传播散射汇聚角度的透镜的制造方法，包括以下步骤：

步骤(1)：根据透镜实际尺寸、厚度要求，给定入射面径界面的初步曲线；

步骤(2)：根据上述的初步曲线确定入射面径界面对称的一侧的凹凸镜组合数量；

步骤(3)：将光源发出的光束按发射角度均分若干个区域，沿光束入射传播方向投影在入射面径界面的初步曲线上，则该初步曲线上也将划分相应个区域；

步骤(4)：取初步曲线一侧若干个区域，其中每个区域为一组凹凸镜；

步骤(5)：利用光学仿真软件，对光束入射经上述步骤(1)-步骤(4)的透镜进行仿真模拟，达到可接受的增大光束扩散角度后，即可得到该透镜的设计。

上述的方法，其中，所述步骤(2)中，入射面径界面对称的一侧的凹凸镜组合数量为3-7组。

上述的方法，其中，所述步骤(3)中：

若入射面径界面对称的一侧的凹凸镜组合数量为5组，则将光源发出的光束按发射角度均分10个区域。

上述的方法，其中，所述步骤(4)中：

取初步曲线一侧5个区域，其中另一侧与该侧对称；