CN109870803B - 一次光学自由曲面结构的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种一次光学自由曲面结构的制作方法，其包括取得对应于目标光形的图像。求得初步目标函数。求得初步自由曲面立体模型。导入光束追踪软件模拟初步结果光形。求得对应初步结果光形的初步结果函数。根据初步结果函数与初步目标函数的比较结果，以产生修正目标函数。求得修正自由曲面立体模型。导入所述光束追踪软件模拟修正结果光形。求得修正结果函数。比较修正结果函数及初步目标函数，在两者间的差异值低于预设门坎值时，根据修正自由曲面立体模型制成所述一次光学自由曲面结构。通过本发明能获取到最佳的修正自由曲面立体模型，并制成能够产生预期目标光形的一次光学自由曲面结构。

Description

一次光学自由曲面结构的制作方法

技术领域

本发明涉及一种光学结构的制作方法，特别是涉及一种一次光学自由曲面结构的制作方法。

背景技术

发光二极管(Light-emitting diode，简称LED)在实际被应用为照明设备的零组件前，一般要进行两次的光学结构设计。首先，在将LED通过集成电路(integratedcircuit，简称IC)封装技术制成所需要的光电零组件时，要先进行第一次光学结构设计，以解决LED的出光角度、光强、光通量大小、光强分布以及色温的范围与分布等问题。一般大功率LED所发出的光通过一次光学结构透镜后，其发光角度约为120度左右，而在此基础上再进行二次光学结构设计，其目的就是将经过一次光学结构透镜发出的光再进一步调整其出光角度并改变其光学性能。

在目前常见LED结构的设计架构下，若要调整LED所发出的光线以形成特殊的光形，通常是针对二次光学结构的表面进行自由曲面设计。自由曲面透镜的微加工问题和透镜的制造成本问题等因素都限制着自由曲面光学透镜在市场上的应用。现有自由曲面光学的算法主要有剪裁法(Tailored)、偏微分方程法(Partial Differential Equation，简称PDE法)、同步多曲面设计法(Simultaneous Multiple Surface，简称SMS法)以及几何算法等。

其中，剪裁法的主要概念是根据目标面的照度分布和光源特性建立一个关于光学面形的非线性偏微分方程组，通过求解此一非线性偏微分方程组以得到光学面形，然而，此一方法较不适合应用于扩展光源。同样地，PDE法也较不适用于扩展光源。扩展光源指的是发光部分的面积比较大(相较于点光源而言)的光源，由于光源尺寸相对较大，因此光线的出射方向较多。现有应用于LED封装的光源，相较于其封装体而言，一般都是属于扩展光源(为体光源而非点光源)。

再者，SMS法的主要概念是先根据光源与目标平面的光能量分布特性，建立两对输入波前以及两对输出波前之间的对应关系，然后同时设计一个光学***的两个自由曲面，使得入射波前通过这两自由曲面折射或反射后能与出射波前一一对应。然而，其缺点在于当光斑为扩散型时，并不能保证中间部分光线在目标平面上相应区域内可以呈现均匀分布。

另一方面，几何算法的主要概念是根据非成像照明理论以及自由曲面与光线间的几何关系，建立入射角与自由曲面的关系，从而求得自由曲面。

如同前述，目前常见的LED结构设计架构主要都是针对二次光学结构的表面进行自由曲面设计，其主要的原因是受限于微加工问题和透镜的制造成本问题等因素。然而，这种作法不仅使得整体结构较为复杂，而不利于装置的小型化，也由于光线在达到目标照明物体表面之前，必须要通过较多层的介质转换，因此会造成能量较大地耗损。因此，如何解决前述问题，并且在一次光学结构上完成所需的自由曲面结构设计，即成为亟待解决的重要课题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种一次光学自由曲面结构的制作方法，能通过比较预先设定的目标函数与模拟计算出的修正结果函数，求得两者间的一差异值，并于差异值尚未低于一预设门坎值时反复调整修正目标函数，进而获取到最佳的修正自由曲面立体模型，并制成能够产生预期目标光形的一次光学自由曲面结构。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是，提供一种一次光学自由曲面结构的制作方法，其包括：(A)取得对应于一目标光形的一图像；(B)分析所述图像，以求得对应所述目标光形的一初步目标函数；(C)根据所述初步目标函数执行点光源的自由曲面运算，以求得一初步自由曲面立体模型；(D)将所述初步自由曲面立体模型导入一光束追踪软件，以模拟出一初步结果光形；(E)分析所述初步结果光形，以求得对应所述初步结果光形的一初步结果函数；(F)比较所述初步结果函数以及所述初步目标函数；(G)根据所述初步结果函数与所述初步目标函数的比较结果，以产生一修正目标函数；(H)根据所述修正目标函数执行体光源的自由曲面运算，以求得一修正自由曲面立体模型；(I)将所述修正自由曲面立体模型导入所述光束追踪软件，以模拟出一修正结果光形；(J)分析所述修正结果光形，以求得对应所述修正结果光形的一修正结果函数；(K)比较所述修正结果函数以及所述初步目标函数，以求得两者间的一差异值；(L)判断所述差异值是否低于一预设门坎值；(M)当所述差异值未低于所述预设门坎值时，重复步骤(G)至(L)；以及(N)当所述差异值低于所述预设门坎值时，根据所述修正自由曲面立体模型，以制成所述一次光学自由曲面结构。

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的一种一次光学自由曲面结构的制作方法，其能通过“比较预先设定的目标函数与模拟计算出的修正结果函数，求得两者间的一差异值”以及“于差异值尚未低于一预设门坎值时反复调整修正目标函数”的技术方案，以获取到最佳的修正自由曲面立体模型，并制成能够产生预期目标光形的一次光学自由曲面结构为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明第一实施例的制作方法的流程图。

图2为本发明第一实施例中对应于目标光形的图像示意图。

图3为本发明第一实施例中对应于目标光形的初步目标函数示意图。

图4为本发明第一实施例中根据初步目标函数模拟出的自由曲面立体模型示意图。

图5为本发明第一实施例中将自由曲面立体模型导入光束追踪软件模拟其光线轨迹的示意图。

图6为本发明第一实施例中光束追踪软件模拟出的结果光形的示意图。

图7为本发明第一实施例中对应于结果光形的修正结果函数示意图。

图8为本发明第一实施例中根据结果函数与目标函数的比较结果，进一步产生修正目标函数的示意图。

图9为本发明第二实施例产生所述修正目标函数的步骤的流程图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“一次光学自由曲面结构的制作方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件或信号等，但这些组件或信号不应受这些术语限制。这些术语是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，如本文中所使用，术语“或”视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的所有组合。

第一实施例

请参阅图1至图8所示，图1为本发明第一实施例的制作方法的流程图；图2为本发明第一实施例中对应于目标光形的图像示意图；图3为本发明第一实施例中对应于目标光形的初步目标函数示意图；图4为本发明第一实施例中根据初步目标函数模拟出的自由曲面立体模型示意图；图5为本发明第一实施例中将自由曲面立体模型导入光束追踪软件模拟其光线轨迹的示意图；图6为本发明第一实施例中光束追踪软件模拟出的结果光形的示意图；图7为本发明第一实施例中对应于结果光形的修正结果函数示意图；图8为本发明第一实施例中根据结果函数与目标函数的比较结果，进一步产生修正目标函数的示意图。由上述图中可知，本发明第一实施例提供一种一次光学自由曲面结构的制作方法，其包括分析目标光形以求取对应的函数(如图2以及图3所示)、初步建立模型(如图4所示)、通过光束追踪软件模拟结果光形(如图5所示)、分析结果光形并求取对应的函数(如图6以及图7所示)以及比较结果光形与目标光形所求出的函数(如图8所示)等步骤，并且在比较结果光形与目标光形所求出的函数差异值小于一默认门坎值时，根据对应的自由曲面立体模型，制成一次光学自由曲面结构。以下搭配图1所示的主要流程，通过图2至图8各图式分别解说各步骤的操作细节。

首先，请搭配参阅图1、图2及图3所示，在本发明的较佳实施例中，首先需确立的是预期要通过LED产生的目标光形。在具体的产业应用上，一方面，可以是业者针对特定的应用场合(如卧室、客厅、会议室或舞台等)，通过软件求出的最佳照明模拟图形；另一方面，也可以是实际应用在特定场所的照明结果(例如原先采用其他光源产生照明，欲更换成以LED一次光学结构提供相同的照明)，并通过拍摄等方式，获取目标照明的结果图形。在本实施例中，本发明首先取得对应于目标光形的图像P1(如图2所示，图1步骤S200)，并通过图像处理程序分析图像P1以求得对应目标光形的初步目标函数F1(如图3所示，图1步骤S202)。如同先前所述，图像P1可以是一个模拟画面中撷取出的图档，也可以是实际进行拍摄后所储存的影像画面文件。

在本实施例中，具体执行的分析方式是根据图像P1各点的照度数值求出对应的初步目标函数F1。值得一提的是，虽然为了便于说明本发明的主要架构，因此在此以平面的图形做为本实施例中对应于目标光形的图像P1，但是，本发明的应用并不以此为限，除了先前提到的模拟图形可以是三维(3dimensions，缩写为3D)的格式之外，也可以针对实际存在的物体，通过计算机辅助验证(Computer Add Verification，缩写为CAV)技术搭配3D光学量测技术，先分析所要照明的物体表面，求得其3D立体结构，并且配合多角度摄影等技术获得物体表面各点的目标照度。简单来说，图像P1并不限于平面图形。

另一方面，在根据图像P1求出对应的初步目标函数F1时，可以通过目前常见的光学模拟软件(如LightTools、TracePro、ASAP、OSLO或ZEMAX等软件，但不以此为限)进行运算。其具体细节以及原理不在此赘述。

在求得初步目标函数F1后，本发明首先将提供照明的光源假设为点光源，进行最初步的自由曲面运算。众所周知的，对于封装体的为结构来说，LED光源并非真正的点光源，且常常可以被看作是一种能够180度出光且具有朗伯特(Lambertian)特性的光源，其光强度分布是中心强最而周边减弱。然而，本发明为了配合现有光学模拟软件的限制，以点光源执行自由曲面运算，并求得初步自由曲面立体模型M(如图4所示，图1步骤S204)。此部分所依据的原理主要是透过能量守恒以及能量映像的关系再加上斯涅耳定律(Snell`s Law)便可反推所需的自由曲面。在执行自由曲面运算以求得初步自由曲面立体模型M的过程中，会针对自由曲面立体模型M的结构设定一些默认条件(例如透镜的直径尺寸或高度等)，以使得所生产出来的产品能够符合实际使用上的装配需求。

倘若直接以前述初步自由曲面立体模型M制成实际的一次光学自由曲面结构，此时其所投射出的光形，势必无法符合原先预期的目标光形。其理由正如前述，由于实际的LED光源并非点光源，因此与理想的点光源之间存在偏误，在靠近中央处的光强度将会高于周边的光强度。因此，本发明并不直接以初步自由曲面立体模型M实际生产所需的一次光学自由曲面结构，而是将此一初步自由曲面立体模型M导入光束追踪软件中，以通过光束追踪软件模拟LED光源通过此一初步自由曲面立体模型M所投射出的光照轨迹L(如图5所示)，并且据此光照轨迹L投射在目标物体表面的照射结果，模拟出对应的结果光形(如图1步骤S206)。

在通过光束追踪软件模拟LED光源所投射出的光照轨迹时，也可采用前述LightTools或TracePro等软件的功能(同样不以此为限)。具体来说，在此一步骤中会实际考虑所选用的材料属性对光线行进轨迹的影响，在相关光学应用软件上，通常可以通过材料编辑器或其他类似功能进一步定义材料的名称、插值(interpolation)、温度、折射率或者吸收波长等参数。更重要的是，在此一步骤中，也会实际考虑LED光源的发光特性以进行模拟。此部份的技术细节，在后文会再详细讨论。

请一并参阅图2以及图6所示，如同先前所述，由于实际的LED光源在靠近中央处的光强度高于周边的光强度，因此，若将前述模拟结果所产生的结果光形以图像P2表示，并比较图6的图像P2与图2的图像P1，可以发现对应于结果光形的图像P2与原先期望的目标光形的图像P1并不一致。此时，为了能够通过较客观化的比较基准了解两者间的差异，并进一步执行后续的修正步骤，本发明通过图像处理程序分析图像P2以求得对应于结果光形的初步结果函数F2(如图7所示，图1步骤S208)。

在将对应于目标光形的初步目标函数F1与对应于结果光形的初步结果函数F2相比较时(如图8所示，图1步骤S210)，可以明显发现初步结果函数F2的中间峰值较初步目标函数F1的中间峰值来得高。而在接近周边处，初步结果函数F2的数值就低于初步目标函数F1的数值。由此可知，直接以初步目标函数F1导入***，执行步骤S204至步骤S208所获得的结果函数F2并不会与初步目标函数F1一致，换句话说，倘若直接以初步目标函数F1导入***，执行步骤S204获得的自由曲面立体模型M，并据以生产一次光学自由曲面结构，其所投射出的光形并不会是理想的目标光形。然而，本发明的目的在于找出能够投射出理想目标光形的一次光学自由曲面结构，因此，必须找出一个自由曲面立体模型M，其所投射出的结果光形所对应的结果函数F2，与分析对应于目标光形的图像P1所产生的初步目标函数F1之间，能够具备足够高度的一致性。

具体来说，本发明此时会比较结果函数F2与初步目标函数F1，并根据比较结果进一步产生一组修正目标函数F3(如图1步骤S212)。在本实施例中，具体的调整方式是在维持初步目标函数F1的曲线下面积恒定的前提下，根据初步结果函数F2调整初步目标函数F1各坐标位置的数值，以获得修正目标函数F3各坐标位置的数值。具体的说，当初步结果函数F2在特定坐标位置的数值高于初步目标函数F1在该特定坐标位置的数值时，则调降初步目标函数F1在该特定坐标位置的数值。另一方面，在初步结果函数F3的数值低于初步目标函数F1的数值的坐标位置，调升初步目标函数F1的数值。通过前述作法，以产生修正目标函数F3。在此必须特别一提的是，本发明获取修正目标函数F3的做法并不以此为限。

接下来，本发明以此修正目标函数F3做为输入函数，再次执行自由曲面运算，以求得对应于修正目标函数F3的修正自由曲面立体模型M(如图1步骤S214)。同样地，接下来将对应于修正目标函数F3的修正自由曲面立体模型M导入光束追踪软件中，以通过光束追踪软件模拟LED光源通过此一修正自由曲面立体模型M投射在目标物体表面的照射结果，以模拟出对应的修正结果光形(如图1步骤S216)。模拟出对应的修正结果光形后，再根据修正结果光形求得对应于修正结果光形的结果函数F2(如图1步骤S218)，以便与“初步目标函数F1”(而非修正目标函数F3)之间进行客观化的比较，并且求取两者间的一个差异值(如图1步骤S220)。

如同先前所述，本发明期望能够获得与初步目标函数F1之间具备足够高度的一致性的结果函数F2，因此，在将对应于修正结果光形的结果函数F2与初步目标函数F1相比较并求得前述差异值之后，本发明会将此差异值与预先设定的预设门坎值相互比较(如图1步骤S222)。

十分容易理解地，当结果函数F2与初步目标函数F1间的差异值越小，表示两者间的近似性越高，也就越符合本发明所欲达成的目的。

因此，倘若结果函数F2与初步目标函数F1间的差异值能够小于预设门坎值，则表示通过修正目标函数F3执行自由曲面运算所求得的修正自由曲面立体模型M，其通过光束追踪软件所模拟出的光形与目标光形具有符合需求的一致性，因此，即可进入步骤S224，根据修正自由曲面立体模型M制成的一次光学自由曲面结构。

反之，倘若结果函数F2与初步目标函数F1间的差异值大于预设门坎值，则表示通过修正目标函数F3所求得的修正自由曲面立体模型M尚不能够生产出符合需求的一次光学自由曲面结构。此时，则必须根据步骤S220的比较结果，再次针对初步目标函数F1进行修正，重新获得一组新的修正目标函数F3。由于先前的步骤中已经通过调整修正了实际LED光源与理想点光源的之间偏误，因此，相较于先前直接通过初步目标函数F1得到的结果函数F2，通过修正目标函数F3经过一连串步骤所得到的结果函数F2，其与初步目标函数F1间的差异值会变得更小。在反复进行步骤S212至步骤S220的过程中，会逐渐获取到更小的差异值(意即，结果函数F2逼近初步目标函数F1)，并且在差异值能够小于预设门坎值时，获取到符合需求的修正自由曲面立体模型M，并根据修正自由曲面立体模型M执行模流分析，以建立生产一次光学自由曲面结构所需的模具，进而通过模具制成所需的一次光学自由曲面结构。

综合上列说明，搭配图1所示的流程以及图2至图8所示的组件符号，初步整理本发明主要流程架构如下：

步骤S200：取得对应于目标光形的图像P1；

步骤S202：分析图像P1，以求得对应于目标光形的初步目标函数F1；

步骤S204：根据初步目标函数F1执行点光源的自由曲面运算，以求得初步自由曲面立体模型M；

步骤S206：将初步自由曲面立体模型M导入光束追踪软件，以模拟出初步结果光形；

步骤S208：分析初步结果光形，以求得对应于初步结果光形的初步结果函数F2；

步骤S210：比较初步结果函数F2以及初步目标函数F1；

步骤S212：根据初步结果函数F2与初步目标函数F1的比较结果产生修正目标函数F3；

步骤S214：根据修正目标函数F3执行自由曲面运算，以求得修正自由曲面立体模型；

步骤S216：将修正自由曲面立体模型导入光束追踪软件，以模拟出修正结果光形；

步骤S218：分析修正结果光形，以求得对应修正结果光形的修正结果函数F2；

步骤S220：比较修正结果函数F2以及初步目标函数F1，以求得两者间的差异值；

步骤S222：判断差异值是否低于预设门坎值，当差异值未低于预设门坎值时，重复步骤S212至步骤S222，否则，进入步骤S224；以及

步骤S224：根据修正自由曲面立体模型制成一次光学自由曲面结构。

第二实施例

如同前述，本发明在结果函数F2与初步目标函数F1间的差异值未低于(大于或等于)预设门坎值时，会进一步产生一组修正目标函数F3，且本发明获取修正目标函数F3的做法并不以第一实施例中所记载的作法为限。

请搭配参阅图1及图9所示，图9为本发明第二实施例产生所述修正目标函数的步骤的流程图。在本发明的第二实施例中，首先是根据结果函数F2与初步目标函数F1间的比较结果求得一差异函数，并根据前述差异函数，随机数生成大量的修正目标函数F3(步骤S300)，且依据图1所示的步骤214至步骤S218分别产生对应各别修正目标函数F3的修正结果函数F2(步骤S302)。

前述流程的主要目的，是先在结果函数F2与初步目标函数F1的数值区间内，通过随机数运算一次性地产生大量的修正目标函数F3，并据以建立出许多组修正目标函数F3与修正结果函数F2。其与第一实施例之间的主要不同点，在于第一实施例是在每次产生一组修正目标函数F3以及对应的修正结果函数F2后，以修正结果函数F2重新与初步目标函数F1做比较，并逐步逼近理想值。

在此一第二实施例中，产生许多组相互对应的修正目标函数F3与修正结果函数F2后，接着便将相互对应的修正目标函数F3以及修正结果函数F2提供给深度学习***，以执行所述深度学习***的训练程序(步骤S304)。具体来说，所采用的深度学习***可以是Caffe、Theano、TensorFlow或者Lasagne、Keras甚至DSSTNE等的框架，本发明并不具体限定采用何种框架进行。藉此，即可通过深度学习***建立预测算法，其用以预测对应于所输入的修正目标函数F3的修正结果函数F2(步骤S306)。

具体应用上，可以先将其中一部分的组合提供给深度学习***建立预测算法，并将其余的组合用于验证预测算法的正确性。举例来说，倘若有100组相互对应的修正目标函数F3以及修正结果函数F2，则将其中80组相互对应的修正目标函数F3以及修正结果函数F2提供给深度学习***执行训练程序，并据以建立预测算法。在建立好预测算法后，便将剩余的20组相互对应的修正目标函数F3以及修正结果函数F2用于验证，其中，以本发明的目的而言，较佳的验证方式是通过预测算法预测修正结果函数F2所对应的修正目标函数F3，并在获得预测结果时，与先前已知的修正目标函数F3相比较，确认预测算法所预测的结果是否与修正结果函数F2实际对应的修正目标函数F3相符合。

倘若所获得的预测结果不尽理想，可以通过随机数再产生更大量的修正目标函数F3，并建立更多组修正结果函数F2与修正目标函数F3间的对应关系，并再次执行深度学习***执行训练程序。更进一步来说，也可以考虑根据某一修正结果函数F2(相较于一开始所采用的初步结果函数F2)与初步目标函数F1执行随机数运算，以藉此产生更多样的修正结果函数F2与修正目标函数F3间的对应关系，进而使深度学习***的训练程序能够获得更多样化来源的学习样品。

最后，当执行过几次验证确认，评估预测算法所预测的结果精度已经能够符合预期时，则可将最初根据目标光形所对应的图像P1所获得的初步目标函数F1，设定成预测算法中的修正结果函数F2，并通过预测算法逆推所对应的修正目标函数F3(步骤S308)。据此获得修正目标函数F3后，可进一步执行图1所示的步骤S214，以求出对应的自由曲面立体模型M，并根据此一自由曲面立体模型M生产制作所需的一次光学自由曲面结构。另一方面，也可以在实际进行生产前，更进一步执行图1所示的步骤S216，以实际模拟出对应于修正目标函数F3的修正结果函数F2，并确认是否确实与初步目标函数F1相符合。

综合上列说明，搭配图9所示的流程以及图2至图8所示的组件符号，简要整理本发明第二实施例中，用以获取最终所需的修正目标函数F3的主要流程架构如下：

步骤S300：随机数生成大量的修正目标函数F3；

步骤S302：依据图1所示的步骤214至步骤S218分别产生对应各别修正目标函数F3的修正结果函数F2；

步骤S304：将相互对应的修正目标函数F3以及修正结果函数F2提供给深度学习***，以执行所述深度学习***的训练程序。

步骤S306：通过深度学习***建立预测算法，以预测修正目标函数F3与修正结果函数F2间的对应关系；以及

步骤S308：将初步目标函数F1设定成修正结果函数F2，并通过预测算法逆推对应的修正目标函数F3。

参数的预调整

为了确保光束追踪软件所模拟出的钢结果光照轨迹L，能够更贴近实际应用时的光照轨迹L，进而模拟出最正确的结果光形，需要根据所采用的材料属性等，针对光束追踪软件中的各项设定参数进行微调。在本发明中，在将修正自由曲面立体模型M导入光束追踪软件前，还进一步包括了针对参数进行预调整的步骤。具体来说，首先是先建构出多个不同的立体模型，其多样性越高，越能够反映不同角度下光照轨迹L的变化情形，在后续应用上的效果越佳。再建立出多个不同的立体模型后，便根据该等立体模型，以实际生产一次光学自由曲面结构所要采用的材料以及制程，分别制备多个试样用光学结构，并且根据多个试样用光学结构修正光束追踪软件的设定参数。

具体来说，以所要采用的材料以及制程制备好多个试样用光学结构后，便实际采用制备完成的试样用光学结构进行照明，以获得实际的光照轨迹L以及实际形成的结果光形。换句话说，首先要通过多个试样用光学结构以分别产生对应的多个光照图案。接着，在获取实际的光照轨迹L以及实际形成的结果光形后，便能够通过比较光束追踪软件所模拟的结果与实际结果，对光束追踪软件中的各项参数进行校调。也就是说，将多个立体模型分别导入光束追踪软件，以产生分别对应多个立体模型的多个模拟试样光形。在针对先前获得的多个光照图案进行分析后，可以获得对应于多个光照图案的多个实际光形。将多个实际光形分别与对应的多个模拟试样光形相比较，便可以据以修正光束追踪软件的设定参数。

另一方面，为了让模拟出来的自由曲面立体模型M，与实际生产的一次光学自由曲面结构，有更好的拟真效果，本发明在将修正自由曲面立体模型M导入光束追踪软件前，还可以通过多个试样用光学结构修正执行模流分析时所需的物性数据以及成型条件参数。具体应用上，可以通过CAV技术执行逆向三维表面扫描技术，以确认多个试样用光学结构的实际形状，并将多个实际形状分别与对应的多个立体模型相比较，进而能够据此修正执行模流分析时所需的物性数据以及成型条件参数。

实施例的有益效果

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的一种一次光学自由曲面结构的制作方法，其能通过“比较预先设定的目标函数与模拟计算出的修正结果函数，求得两者间的一差异值”以及“于差异值尚未低于一预设门坎值时反复调整修正目标函数”的技术方案，以获取到最佳的修正自由曲面立体模型，并制成能够产生预期目标光形的一次光学自由曲面结构。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种一次光学自由曲面结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

(A)取得对应于一目标光形的一图像；

(B)分析所述图像，以求得对应所述目标光形的一初步目标函数；

(C)根据所述初步目标函数执行点光源的自由曲面运算，以求得一初步自由曲面立体模型；

(D)将所述初步自由曲面立体模型导入一光束追踪软件，以模拟出一初步结果光形；

(E)分析所述初步结果光形，以求得对应所述初步结果光形的一初步结果函数；

(F)比较所述初步结果函数以及所述初步目标函数；

(G)根据所述初步结果函数与所述初步目标函数的比较结果，以产生一修正目标函数；

(H)根据所述修正目标函数执行体光源的自由曲面运算，以求得一修正自由曲面立体模型；

(I)将所述修正自由曲面立体模型导入所述光束追踪软件，以模拟出一修正结果光形；

(J)分析所述修正结果光形，以求得对应所述修正结果光形的一修正结果函数；

(K)比较所述修正结果函数以及所述初步目标函数，以求得两者间的差异值；

(L)判断所述差异值是否低于一预设门坎值；

(M)当所述差异值未低于所述预设门坎值时，重复步骤(G)至(L)；以及

(N)当所述差异值低于所述预设门坎值时，根据所述修正自由曲面立体模型，以制成所述一次光学自由曲面结构。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，产生所述修正目标函数的过程，还包括下列步骤：

在所述初步目标函数的曲线下面积维持恒定的前提下，根据所述初步结果函数调整所述初步目标函数。

3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，当所述初步结果函数的数值高于所述初步目标函数的数值的坐标位置时，调降所述初步目标函数的数值。

4.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，当所述初步结果函数的数值低于所述初步目标函数的数值的坐标位置时，调升所述初步目标函数的数值，以产生所述修正目标函数。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，产生所述修正目标函数的过程，还包括下列步骤：

根据一差异函数，随机数生成大量的所述修正目标函数，且依据步骤(H)至(J)分别产生对应各别所述修正目标函数的所述修正结果函数；

将相互对应的所述修正目标函数以及所述修正结果函数提供给一深度学习***，以执行所述深度学习***的训练程序；

通过所述深度学习***建立一预测算法，所述预测算法用以预测对应于所输入的所述修正目标函数的所述修正结果函数；以及

将所述初步目标函数设定成所述修正结果函数，并通过所述预测算法逆推所述修正目标函数。

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在将所述修正自由曲面立体模型导入所述光束追踪软件前，还包括下列步骤：

建构多个立体模型；

根据多个所述立体模型分别制备多个试样用光学结构；以及

通过多个所述试样用光学结构修正所述光束追踪软件的设定参数。

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，通过多个所述试样用光学结构修正所述光束追踪软件的设定参数的过程中，还包括下列步骤：

通过多个所述试样用光学结构以分别产生对应的多个光照图案；

将多个所述立体模型分别导入所述光束追踪软件，以产生分别对应多个所述立体模型的多个模拟试样光形；以及

分析多个所述光照图案的多个实际光形，并将多个所述实际光形分别与对应的多个所述模拟试样光形相比较，以修正所述光束追踪软件的设定参数。

8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在将所述修正自由曲面立体模型导入所述光束追踪软件前，还包括下列步骤：

建构多个立体模型；

根据多个所述立体模型分别制备多个试样用光学结构；以及

通过多个所述试样用光学结构修正执行一模流分析时所需的物性数据以及成型条件参数。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，其中，通过多个所述试样用光学结构修正执行所述模流分析时所需的物性数据以及成型条件参数的过程中，还包括下列步骤：

通过逆向三维表面扫描技术确认多个所述试样用光学结构的一实际形状，并将多个所述实际形状分别与对应的多个所述立体模型相比较，以修正执行所述模流分析时所需的物性数据以及成型条件参数。

10.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法，还进一步包括：针对所述修正自由曲面立体模型执行所述模流分析，以建立生产所述一次光学自由曲面结构所需的模具。

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