透镜设计matlab代码

基于zemax软件的自聚焦透镜的课程设计

对发光二极管(LED)光源进行均匀照明配光时，内曲面为半球面等特定面型的透镜无法满足对照明均匀度的要求，同时光源适用性也不广泛，提出了一种可按需要建立并修改内曲面的双自由曲面透镜设计。通过分析LED 光源数据，设置拟合点，构建三次样条曲线作为透镜内曲面母线，再运用传统的边缘光线理论、光通量网格划分及Snell 定律等计算外自由曲面母线，旋转母线得到透镜模型，最后对透镜进行优化，提高照明均匀度。将透镜模型在TracePro 中进行模拟，结果表明在距高比为4 时，基于单个朗伯光源及非类朗伯光源下设计出的透镜实现的照明均匀度分别为90%和85%，光能利用率分别约为86%和80%。说明此设计适用于不同光源，还可用在近场均匀照明等方面。

基于几何光学、能量守恒定律及菲涅耳定律等相关理论，提出了一种双自由曲面半导体发光二极管(LED)准直透镜的光学设计方法，并给出了构建准直透镜模型详细的算法设计。自由曲面是一种关于中心轴旋转对称的曲面，该曲面的二维轮廓在非均匀有理B样条曲线的方法理论基础上，采用ProE软件搭建而成。通过蒙特卡罗光线追迹模拟发现，相比传统的单自由曲面准直透镜，双自由曲面准直透镜不仅提高了照度均匀性，而且在能量利用率上也有显著的提高。研究结果表明，采用双自由曲面将大大提升准直透镜的设计空间，改善LED透镜的光学性能。

针对传统衍射透镜工作在宽波段时色散严重、像质不佳的问题，提出一种基于RGB三波段的单片式分区消色差衍射透镜的设计方法，采用标量衍射理论对等宽度和等面积两种分区方式进行仿真分析，并与传统衍射透镜进行点扩散函数和衍射效率对比与分析。分析结果显示，分区消色差衍射透镜能够在RGB三波段工作时，将三个波长衍射效率的标准偏差由传统衍射透镜的0.6607下降到0.1519和0.0592，同时保持良好的成像效果。最后，考虑到实际加工情况，分别仿真了不同分区方式下微结构量化为八台阶所对应的光学性能参数。结果表明，本文提出的设计方法能够使得衍射透镜在RGB三波段实现良好的消色差效果，并且该方法具有一定的实用性和普适性。

非常详细的一篇论文，针对大尺寸 LED 光源的变焦透镜，将 ODE 自由曲面法和试错法相结合，设 计了一款用于舞台灯照明的变焦透镜组，实现了聚光和泛光状态都均匀的照明效 果；在现有手电筒结构基础上，用全内反射（ TIR ）结构，成功设计了一款远射 程的手电筒变焦透镜

通过设计基于LED光源的自由曲面透镜实现均匀圆形光斑的实例，提出一种快速建立光学器件模型的方法。该方法根据几何光学和非成像光学理论建立透镜的数学方程，由Matlab实现透镜面型数据的数值计算，由TracePro编程完成透镜建模，以动态数据交换（DDE）协议为基础建立Matlab与TracePro间的会话，可在TracePro中自动创建透镜实体模型。仿真结果表明，光通量为100 lm，光源尺寸1 mm×1 mm，视角120°的LED朗伯型光源在5 m远处的目标面上形成半径为3 m的圆形光斑，光斑照度均匀性可达0.7，透镜效率为87%。与传统实现透镜实体模型的设计方法对比，本方法可以简化设计过程，节省设计时间，进一步证明其准确性和可靠性。

为了有效地收集半导体发光二极管大范围的出射光以实现光能的高效利用,设计一款基于全内反射结构的多个自由曲面准直透镜,该透镜的初始结构是根据Snell定律和能量守恒定律等光学原理的算法设计而成。将该透镜的初始结构导入Creo软件中并进行360°旋转以得到3D实体模型,将其转入TracePro光学软件中进行蒙特卡洛光线追迹的模拟,在距离接收板20 m处接收到一个圆形光斑。对该透镜模型进行法矢修正,优化后的透镜经过模拟仿真,透射能力高达182 cd/lm,光束角为±1.621°。将优化后的透镜与传统的全内反射结构透镜进行对比,经验证发现优化后的透镜对窄光束的调控能力更好。

为了解决半导体激光器出射光束发散角大的问题，根据几何光学原理，分别针对半导体激光器弧矢和子午方向的不同发散角度建立数学模型，设计出了在两个相互垂直的方向上具有不同非球面面型的非球面透镜，并在ZEMAX光学设计软件中进行了仿真。经非球面准直透镜准直之后，半导体激光器快慢轴方向的发散角分别从35°和7.5°压缩到了1.8 mrad和 0.84 mrad，在距离光源10m处接收面上的总光功率为0.497 W，光能利用率高达99.4%。结果表明，在相互垂直的方向上具有不同面型的非球面准直透镜对半导体激光器的准直具

光学设计者的首要任务是让所有的光进入系统。分析现有光学系统表明，非成像光学理论在准扩展光源中应用广泛。同时，非成像光学设