TWI664545B

TWI664545B - 一次光學自由曲面結構的製作方法

Info

Publication number: TWI664545B
Application number: TW106139929A
Authority: TW
Inventors: 黃哲瑄; 張書修; 黃璽軒; 詹皓仲
Original assignee: 樂達創意科技股份有限公司
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-07-01
Also published as: TW201923633A

Abstract

本發明公開一種一次光學自由曲面結構的製作方法，其包括取得對應於目標光形的圖像。求得初步目標函數。求得初步自由曲面立體模型。導入光束追跡軟體模擬初步結果光形。求得對應初步結果光形的初步結果函數。根據初步結果函數與初步目標函數的比較結果，以產生修正目標函數。求得修正自由曲面立體模型。導入所述光束追跡軟體模擬修正結果光形。求得修正結果函數。比較修正結果函數及初步目標函數，在兩者間的差異值低於預設門檻值時，根據修正自由曲面立體模型製成所述一次光學自由曲面結構。

Description

一次光學自由曲面結構的製作方法

本發明涉及一種光學結構的製作方法，特別是涉及一種一次光學自由曲面結構的製作方法。

發光二極體(Light-emitting diode，簡稱LED)在實際被應用為照明設備的零組件前，一般要進行兩次的光學結構設計。首先，在將LED通過集成電路(integrated circuit，簡稱IC)封裝技術製成所需要的光電零組件時，要先進行第一次光學結構設計，以解決LED的出光角度、光強、光通量大小、光強分佈以及色溫的範圍與分佈等問題。一般大功率LED所發出的光通過一次光學結構透鏡後，其發光角度約為120度左右，而在此基礎上再進行二次光學結構設計，其目的就是將經過一次光學結構透鏡發出的光再進一步調整其出光角度並改變其光學性能。

在目前常見LED結構的設計架構下，若要調整LED所發出的光線以形成特殊的光形，通常是針對二次光學結構的表面進行自由曲面設計。自由曲面透鏡的微加工問題和透鏡的製造成本問題等因素都限制著自由曲面光學透鏡在市場上的應用。現有自由曲面光學的演算法主要有剪裁法(Tailored)、偏微分方程法(Partial Differential Equation，簡稱PDE法)、同步多曲面设计法(Simultaneous Multiple Surface，簡稱SMS法)以及幾何演算法等。

其中，剪裁法的主要概念是根據目標面的照度分佈和光源特性建立一個關於光學面形的非線性偏微分方程組，通過求解此一非線性偏微分方程組以得到光學面形，然而，此一方法較不適合應用於擴展光源。同樣地，PDE法也較不適用於擴展光源。擴展光源指的是發光部分的面積比較大(相較於點光源而言)的光源，由於光源尺寸相對較大，因此光線的出射方向較多。現有應用於LED封裝的光源，相較於其封裝體而言，一般都是屬於擴展光源(為體光源而非點光源)。

再者，SMS法的主要概念是先根據光源與目標平面的光能量分佈特性，建立兩對輸入波前以及兩對輸出波前之間的對應關係，然後同時設計一個光學系統的兩個自由曲面，使得入射波前通過這兩自由曲面折射或反射後能與出射波前一一對應。然而，其缺點在於當光斑為擴散型時，並不能保證中間部分光線在目標平面上相應區域內可以呈現均勻分佈。

另一方面，幾何演算法的主要概念是根據非成像照明理論以及自由曲面與光線間的幾何關係，建立入射角與自由曲面的關係，從而求得自由曲面。

如同前述，目前常見的LED結構設計架構主要都是針對二次光學結構的表面進行自由曲面設計，其主要的原因是受限於微加工問題和透鏡的製造成本問題等因素。然而，這種作法不僅使得整體結構較為複雜，而不利於裝置的小型化，也由於光線在達到目標照明物體表面之前，必須要通過較多層的介質轉換，因此會造成能量較大地耗損。因此，如何解決前述問題，並且在一次光學結構上完成所需的自由曲面結構設計，即成為亟待解決的重要課題之一。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種一次光學自由曲面結構的製作方法，能通過比較預先設定的目標函數與模擬計算出的修正結果函數，求得兩者間的一差異值，並於差異值尚未低於一預設門檻值時反覆調整修正目標函數，進而獲取到最佳的修正自由曲面立體模型，並製成能夠產生預期目標光形的一次光學自由曲面結構。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種一次光學自由曲面結構的製作方法，其包括：(A)取得對應於一目標光形的一圖像；(B)分析所述圖像，以求得對應所述目標光形的一初步目標函數；(C)根據所述初步目標函數執行點光源的自由曲面運算，以求得一初步自由曲面立體模型；(D)將所述初步自由曲面立體模型導入一光束追跡軟體，以模擬出一初步結果光形；(E)分析所述初步結果光形，以求得對應所述初步結果光形的一初步結果函數；(F)比較所述初步結果函數以及所述初步目標函數；(G)根據所述初步結果函數與所述初步目標函數的比較結果，以產生一修正目標函數；(H)根據所述修正目標函數執行體光源的自由曲面運算，以求得一修正自由曲面立體模型；(I)將所述修正自由曲面立體模型導入所述光束追跡軟體，以模擬出一修正結果光形；(J)分析所述修正結果光形，以求得對應所述修正結果光形的一修正結果函數；(K)比較所述修正結果函數以及所述初步目標函數，以求得兩者間的一差異值；(L)判斷所述差異值是否低於一預設門檻值；(M)當所述差異值未低於所述預設門檻值時，重複步驟(G)至(L)；以及(N)當所述差異值低於所述預設門檻值時，根據所述修正自由曲面立體模型，以製成所述一次光學自由曲面結構。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的一種一次光學自由曲面結構的製作方法，其能通過“比較預先設定的目標函數與模擬計算出的修正結果函數，求得兩者間的一差異值”以及“於差異值尚未低於一預設門檻值時反覆調整修正目標函數”的技術方案，以獲取到最佳的修正自由曲面立體模型，並製成能夠產生預期目標光形的一次光學自由曲面結構。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

P1、P2‧‧‧圖像

F1‧‧‧初步目標函數

F2‧‧‧結果函數

F3‧‧‧修正目標函數

L‧‧‧光照軌跡

M‧‧‧自由曲面立體模型

圖1為本發明第一實施例的製作方法的流程圖。

圖2為本發明第一實施例中對應於目標光形的圖像示意圖。

圖3為本發明第一實施例中對應於目標光形的初步目標函數示意圖。

圖4為本發明第一實施例中根據初步目標函數模擬出的自由曲面立體模型示意圖。

圖5為本發明第一實施例中將自由曲面立體模型導入光束追跡軟體模擬其光線軌跡的示意圖。

圖6為本發明第一實施例中光束追跡軟體模擬出的結果光形的示意圖。

圖7為本發明第一實施例中對應於結果光形的修正結果函數示意圖。

圖8為本發明第一實施例中根據結果函數與目標函數的比較結果，進一步產生修正目標函數的示意圖。

圖9為本發明第二實施例產生所述修正目標函數的步驟的流程圖。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“一次光學自由曲面結構的製作方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件或信號等，但這些元件或信號不應受這些術語限制。這些術語乃用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，如本文中所使用，術語“或”視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的所有組合。

[第一實施例]

請參閱圖1至圖8所示，圖1為本發明第一實施例的製作方法的流程圖；圖2為本發明第一實施例中對應於目標光形的圖像示意圖；圖3為本發明第一實施例中對應於目標光形的初步目標函數示意圖；圖4為本發明第一實施例中根據初步目標函數模擬出的自由曲面立體模型示意圖；圖5為本發明第一實施例中將自由曲面立體模型導入光束追跡軟體模擬其光線軌跡的示意圖；圖6為本發明第一實施例中光束追跡軟體模擬出的結果光形的示意圖；圖7為本發明第一實施例中對應於結果光形的修正結果函數示意圖；圖8為本發明第一實施例中根據結果函數與目標函數的比較結果，進一步產生修正目標函數的示意圖。由上述圖中可知，本發明第一實施例提供一種一次光學自由曲面結構的製作方法，其包括分析目標光形以求取對應的函數(如圖2以及圖3所示)、初步建立模型(如圖4所示)、通過光束追跡軟體模擬結果光形(如圖5所示)、分析結果光形並求取對應的函數(如圖6以及圖7所示)以及比較結果光形與目標光形所求出的函數(如圖8所示)等步驟，並且在比較結果光形與目標光形所求出的函數差異值小於一預設門檻值時，根據對應的自由曲面立體模型，製成一次光學自由曲面結構。以下搭配圖1所示的主要流程，通過圖2至圖8各圖式分別解說各步驟的操作細節。

首先，請搭配參閱圖1、圖2及圖3所示，在本發明的較佳實施例中，首先需確立的是預期要通過LED產生的目標光形。在具體的產業應用上，一方面，可以是業者針對特定的應用場合(如臥室、客廳、會議室或舞台等)，通過軟體求出的最佳照明模擬圖形；另一方面，也可以是實際應用在特定場所的照明結果(例如原先採用其他光源產生照明，欲更換成以LED一次光學結構提供相同的照明)，並通過拍攝等方式，獲取目標照明的結果圖形。在本實施例中，本發明首先取得對應於目標光形的圖像P1(如圖2所示，圖1步驟S200)，並通過影像處理程序分析圖像P1以求得對應目標光形的初步目標函數F1(如圖3所示，圖1步驟S202)。如同先前所述，圖像P1可以是一個模擬畫面中擷取出的圖檔，也可以是實際進行拍攝後所儲存的影像畫面檔。

在本實施例中，具體執行的分析方式是根據圖像P1各點的照度數值求出對應的初步目標函數F1。值得一提的是，雖然為了便於說明本發明的主要架構，因此在此以平面的圖形做為本實施例中對應於目標光形的圖像P1，但是，本發明的應用並不以此為限，除了先前提到的模擬圖形可以是三維(3 dimensions，縮寫為3D)的格式之外，也可以針對實際存在的物體，通過電腦輔助驗證(Computer Add Verification，縮寫為CAV)技術搭配3D光學量測技術，先分析所要照明的物體表面，求得其3D立體結構，並且配合多角度攝影等技術獲得物體表面各點的目標照度。簡單來說，圖像P1並不限於平面圖形。

另一方面，在根據圖像P1求出對應的初步目標函數F1時，可以通過目前常見的光學模擬軟體(如LightTools、TracePro、ASAP、OSLO或ZEMAX等軟體，但不以此為限)進行運算。其具體細節以及原理不在此贅述。

在求得初步目標函數F1後，本發明首先將提供照明的光源假設為點光源，進行最初步的自由曲面運算。眾所周知的，對於封裝體的為結構來說，LED光源並非真正的點光源，且常常可以被看作是一種能夠180度出光且具有朗伯特(Lambertian)特性的光源，其光強度分佈是中心強最而周邊減弱。然而，本發明為了配合現有光學模擬軟體的限制，以點光源執行自由曲面運算，並求得初步自由曲面立體模型M(如圖4所示，圖1步驟S204)。此部分所依據的原理主要是透過能量守恆以及能量映射的關係再加上斯涅耳定律(Snell`s Law)便可反推所需之自由曲面。在執行自由曲面運算以求得初步自由曲面立體模型M的過程中，會針對自由曲面立體模型M的結構設定一些預設條件(例如透鏡的直徑尺寸或高度等)，以使得所生產出來的產品能夠符合實際使用上的裝配需求。

倘若直接以前述初步自由曲面立體模型M製成實際的一次光學自由曲面結構，此時其所投射出的光形，勢必無法符合原先預期的目標光形。其理由正如前述，由於實際的LED光源並非點光源，因此與理想的點光源之間存在偏誤，在靠近中央處的光強度將會高於周邊的光強度。因此之故，本發明並不直接以初步自由曲面立體模型M實際生產所需的一次光學自由曲面結構，而是將此一初步自由曲面立體模型M導入光束追跡軟體中，以通過光束追跡軟體模擬LED光源通過此一初步自由曲面立體模型M所投射出的光照軌跡L(如圖5所示)，並且據此光照軌跡L投射在目標物體表面的照射結果，模擬出對應的結果光形(如圖1步驟S206)。

在通過光束追跡軟體模擬LED光源所投射出的光照軌跡時，也可採用前述LightTools或TracePro等軟體的功能(同樣不以此為限)。具體來說，在此一步驟中會實際考慮所選用的材料屬性對光線行進軌跡的影響，在相關光學應用軟體上，通常可以通過材料編輯器或其他類似功能進一步定義材料的名稱、插值 (interpolation)、溫度、折射率或者吸收波長等參數。更重要的是，在此一步驟中，也會實際考慮LED光源的發光特性以進行模擬。此部份的技術細節，在後文會再詳細討論。

請一併參閱圖2以及圖6所示，如同先前所述，由於實際的LED光源在靠近中央處的光強度高於周邊的光強度，因此，若將前述模擬結果所產生的結果光形以圖像P2表示，並比較圖6的圖像P2與圖2的圖像P1，可以發現對應於結果光形的圖像P2與原先期望的目標光形的圖像P1並不一致。此時，為了能夠通過較客觀化的比較基準了解兩者間的差異，並進一步執行後續的修正步驟，本發明通過影像處理程序分析圖像P2以求得對應於結果光形的初步結果函數F2(如圖7所示，圖1步驟S208)。

在將對應於目標光形的初步目標函數F1與對應於結果光形的初步結果函數F2相比較時(如圖8所示，圖1步驟S210)，可以明顯發現初步結果函數F2的中間峰值較初步目標函數F1的中間峰值來得高。而在接近周邊處，初步結果函數F2的數值就低於初步目標函數F1的數值。由此可知，直接以初步目標函數F1導入系統，執行步驟S204至步驟S208所獲得的結果函數F2並不會與初步目標函數F1一致，換句話說，倘若直接以初步目標函數F1導入系統，執行步驟S204獲得的自由曲面立體模型M，並據以生產一次光學自由曲面結構，其所投射出的光形並不會是理想的目標光形。然而，本發明的目的在於找出能夠投射出理想目標光形的一次光學自由曲面結構，因此，必須找出一個自由曲面立體模型M，其所投射出的結果光形所對應的結果函數F2，與分析對應於目標光形的圖像P1所產生的初步目標函數F1之間，能夠具備足夠高度的一致性。

具體來說，本發明此時會比較結果函數F2與初步目標函數F1，並根據比較結果進一步產生一組修正目標函數F3(如圖1步驟S212)。在本實施例中，具體的調整方式是在維持初步目標函數 F1的曲線下面積恆定的前提下，根據初步結果函數F2調整初步目標函數F1各座標位置的數值，以獲得修正目標函數F3各座標位置的數值。具體的說，當初步結果函數F2在特定座標位置的數值高於初步目標函數F1在該特定座標位置的數值時，則調降初步目標函數F1在該特定座標位置的數值。另一方面，在初步結果函數F2的數值低於初步目標函數F1的數值的座標位置，調升初步目標函數F1的數值。通過前述作法，以產生修正目標函數F3。在此必須特別一提的是，本發明獲取修正目標函數F3的做法並不以此為限。

接下來，本發明以此修正目標函數F3做為輸入函數，再次執行自由曲面運算，以求得對應於修正目標函數F3的修正自由曲面立體模型M(如圖1步驟S214)。同樣地，接下來將對應於修正目標函數F3的修正自由曲面立體模型M導入光束追跡軟體中，以通過光束追跡軟體模擬LED光源通過此一修正自由曲面立體模型M投射在目標物體表面的照射結果，以模擬出對應的修正結果光形(如圖1步驟S216)。模擬出對應的修正結果光形後，再根據修正結果光形求得對應於修正結果光形的結果函數F2(如圖1步驟S218)，以便與“初步目標函數F1”(而非修正目標函數F3)之間進行客觀化的比較，並且求取兩者間的一個差異值(如圖1步驟S220)。

如同先前所述，本發明期望能夠獲得與初步目標函數F1之間具備足夠高度的一致性的結果函數F2，因此之故，在將對應於修正結果光形的結果函數F2與初步目標函數F1相比較並求得前述差異值之後，本發明會將此差異值與預先設定的預設門檻值相互比較(如圖1步驟S222)。

十分容易理解地，當結果函數F2與初步目標函數F1間的差異值越小，表示兩者間的近似性越高，也就越符合本發明所欲達成之目的。

因此，倘若結果函數F2與初步目標函數F1間的差異值能夠小於預設門檻值，則表示通過修正目標函數F3執行自由曲面運算所求得的修正自由曲面立體模型M，其通過光束追跡軟體所模擬出的光形與目標光形具有符合需求的一致性，因此，即可進入步驟S224，根據修正自由曲面立體模型M製成的一次光學自由曲面結構。

反之，倘若結果函數F2與初步目標函數F1間的差異值大於預設門檻值，則表示通過修正目標函數F3所求得的修正自由曲面立體模型M尚不能夠生產出符合需求的一次光學自由曲面結構。此時，則必須根據步驟S220的比較結果，再次針對初步目標函數F1進行修正，重新獲得一組新的修正目標函數F3。由於先前的步驟中已經通過調整修正了實際LED光源與理想點光源的之間偏誤，因此，相較於先前直接通過初步目標函數F1得到的結果函數F2，通過修正目標函數F3經過一連串步驟所得到的結果函數F2，其與初步目標函數F1間的差異值會變得更小。在反覆進行步驟S212至步驟S220的過程中，會逐漸獲取到更小的差異值(意即，結果函數F2逼近初步目標函數F1)，並且在差異值能夠小於預設門檻值時，獲取到符合需求的修正自由曲面立體模型M，並根據修正自由曲面立體模型M執行模流分析，以建立生產一次光學自由曲面結構所需的模具，進而通過模具製成所需的一次光學自由曲面結構。

綜合上列說明，搭配圖1所示的流程以及圖2至圖8所示的元件符號，初步整理本發明主要流程架構如下：步驟S200：取得對應於目標光形的圖像P1；步驟S202：分析圖像P1，以求得對應於目標光形的初步目標函數F1；步驟S204：根據初步目標函數F1執行點光源的自由曲面運算，以求得初步自由曲面立體模型M；步驟S206：將初步自由曲面立體模型M導入光束追跡軟體，以模擬出初步結果光形；步驟S208：分析初步結果光形，以求得對應於初步結果光形的初步結果函數F2；步驟S210：比較初步結果函數F2以及初步目標函數F1；步驟S212：根據初步結果函數F2與初步目標函數F1的比較結果產生修正目標函數F3；步驟S214：根據修正目標函數F3執行自由曲面運算，以求得修正自由曲面立體模型；步驟S216：將修正自由曲面立體模型導入光束追跡軟體，以模擬出修正結果光形；步驟S218：分析修正結果光形，以求得對應修正結果光形的修正結果函數F2；步驟S220：比較修正結果函數F2以及初步目標函數F1，以求得兩者間的一差異值；步驟S222：判斷差異值是否低於預設門檻值，當差異值未低於預設門檻值時，重複步驟S212至步驟S222，否則，進入步驟S224；以及步驟S224：根據修正自由曲面立體模型製成一次光學自由曲面結構。

[第二實施例]

如同前述，本發明在結果函數F2與初步目標函數F1間的差異值未低於(大於或等於)預設門檻值時，會進一步產生一組修正目標函數F3，且本發明獲取修正目標函數F3的做法並不以第一實施例中所記載的作法為限。

請搭配參閱圖1及圖9所示，圖9為本發明第二實施例產生所述修正目標函數的步驟的流程圖。在本發明的第二實施例中，首先是根據結果函數F2與初步目標函數F1間的比較結果求得一差異函數，並根據前述差異函數，亂數產生大量的修正目標函數F3(步驟S300)，且依據圖1所示的步驟214至步驟S218分別產生對應各別修正目標函數F3的修正結果函數F2(步驟S302)。

前述流程的主要目的，是先在結果函數F2與初步目標函數F1的數值區間內，通過亂數運算一次性地產生大量的修正目標函數F3，並據以建立出許多組修正目標函數F3與修正結果函數F2。其與第一實施例之間的主要不同點，在於第一實施例是在每次產生一組修正目標函數F3以及對應的修正結果函數F2後，以修正結果函數F2重新與初步目標函數F1做比較，並逐步逼近理想值。

在此一第二實施例中，產生許多組相互對應的修正目標函數F3與修正結果函數F2後，接著便將相互對應的修正目標函數F3以及修正結果函數F2提供予深度學習系統，以執行所述深度學習系統的訓練程序(步驟S304)。具體來說，所採用的深度學習系統可以是Caffe、Theano、TensorFlow或者Lasagne、Keras甚至DSSTNE等的框架，本發明並不具體限定採用何種框架進行。藉此，即可通過深度學習系統建立預測演算法，其用以預測對應於所輸入的修正目標函數F3的修正結果函數F2(步驟S306)。

具體應用上，可以先將其中一部分的組合提供予深度學習系統建立預測演算法，並將其餘的組合用於驗證預測演算法的正確性。舉例來說，倘若有100組相互對應的修正目標函數F3以及修正結果函數F2，則將其中80組相互對應的修正目標函數F3以及修正結果函數F2提供予深度學習系統執行訓練程序，並據以建立預測演算法。在建立好預測演算法後，便將剩餘的20組相互對應的修正目標函數F3以及修正結果函數F2用於驗證，其中，以本發明的目的而言，較佳的驗證方式是通過預測演算法預測修正結果函數F2所對應的修正目標函數F3，並在獲得預測結果時，與先前已知的修正目標函數F3相比較，確認預測演算法所預測的結果是否與修正結果函數F2實際對應的修正目標函數F3相符合。

倘若所獲得的預測結果不盡理想，可以通過亂數再產生更大量的修正目標函數F3，並建立更多組修正結果函數F2與修正目標函數F3間的對應關係，並再次執行深度學習系統執行訓練程序。更進一步來說，也可以考慮根據某一修正結果函數F2(相較於一開始所採用的初步結果函數F2)與初步目標函數F1執行亂數運算，以藉此產生更多樣的修正結果函數F2與修正目標函數F3間的對應關係，進而使深度學習系統的訓練程序能夠獲得更多樣化來源的學習樣品。

最後，當執行過幾次驗證確認，評估預測演算法所預測的結果精度已經能夠符合預期時，則可將最初根據目標光形所對應的圖像P1所獲得的初步目標函數F1，設定成預測演算法中的修正結果函數F2，並通過預測演算法逆推所對應的修正目標函數F3(步驟S308)。據此獲得修正目標函數F3後，可進一步執行圖1所示的步驟S214，以求出對應的自由曲面立體模型M，並根據此一自由曲面立體模型M生產製作所需的一次光學自由曲面結構。另一方面，也可以在實際進行生產前，更進一步執行圖1所示的步驟S216，以實際模擬出對應於修正目標函數F3的修正結果函數F2，並確認是否確實與初步目標函數F1相符合。

綜合上列說明，搭配圖9所示的流程以及圖2至圖8所示的元件符號，簡要整理本發明第二實施例中，用以獲取最終所需的修正目標函數F3的主要流程架構如下：

步驟S300：亂數產生大量的修正目標函數F3；

步驟S302：依據圖1所示的步驟214至步驟S218分別產生對應各別修正目標函數F3的修正結果函數F2；

步驟S304：將相互對應的修正目標函數F3以及修正結果函數F2提供予深度學習系統，以執行所述深度學習系統的訓練程序。

步驟S306：通過深度學習系統建立預測演算法，以預測修正目標函數F3與修正結果函數F2間的對應關係；以及

步驟S308：將初步目標函數F1設定成修正結果函數F2，並通過預測演算法逆推對應的修正目標函數F3。

[參數的預調整]

為了確保光束追跡軟體所模擬出的鋼結果光照軌跡L，能夠更貼近實際應用時的光照軌跡L，進而模擬出最正確的結果光形，需要根據所採用的材料屬性等，針對光束追跡軟體中的各項設定參數進行微調。在本發明中，在將修正自由曲面立體模型M導入光束追跡軟體前，還進一步包括了針對參數進行預調整的步驟。具體來說，首先是先建構出多個不同的立體模型，其多樣性越高，越能夠反映不同角度下光照軌跡L的變化情形，在後續應用上的效果越佳。再建立出多個不同的立體模型後，便根據該等立體模型，以實際生產一次光學自由曲面結構所要採用的材料以及製程，分別製備多個試樣用光學結構，並且根據多個試樣用光學結構修正光束追跡軟體的設定參數。

具體來說，以所要採用的材料以及製程製備好多個試樣用光學結構後，便實際採用製備完成的試樣用光學結構進行照明，以獲得實際的光照軌跡L以及實際形成的結果光形。換句話說，首先要通過多個試樣用光學結構以分別產生對應的多個光照圖案。接著，在獲取實際的光照軌跡L以及實際形成的結果光形後，便能夠通過比較光束追跡軟體所模擬的結果與實際結果，對光束追跡軟體中的各項參數進行校調。也就是說，將多個立體模型分別導入光束追跡軟體，以產生分別對應多個立體模型的多個模擬試樣光形。在針對先前獲得的多個光照圖案進行分析後，可以獲得對應於多個光照圖案的多個實際光形。將多個實際光形分別與對應的多個模擬試樣光形相比較，便可以據以修正光束追跡軟體的設定參數。

另一方面，為了讓模擬出來的自由曲面立體模型M，與實際生產的一次光學自由曲面結構，有更好的擬真效果，本發明在將修正自由曲面立體模型M導入光束追跡軟體前，還可以通過多個試樣用光學結構修正執行模流分析時所需的物性數據以及成型條件參數。具體應用上，可以通過CAV技術執行逆向三維表面掃描技術，以確認多個試樣用光學結構的實際形狀，並將多個實際形狀分別與對應的多個立體模型相比較，進而能夠據此修正執行模流分析時所需的物性數據以及成型條件參數。

[實施例的有益效果]

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

Claims

一種一次光學自由曲面結構的製作方法，其包括：(A)取得對應於一目標光形的一圖像；(B)分析所述圖像，以求得對應所述目標光形的一初步目標函數；(C)根據所述初步目標函數執行點光源的自由曲面運算，以求得一初步自由曲面立體模型；(D)將所述初步自由曲面立體模型導入一光束追跡軟體，以模擬出一初步結果光形；(E)分析所述初步結果光形，以求得對應所述初步結果光形的一初步結果函數；(F)比較所述初步結果函數以及所述初步目標函數；(G)根據所述初步結果函數與所述初步目標函數的比較結果，以產生一修正目標函數；(H)根據所述修正目標函數執行體光源的自由曲面運算，以求得一修正自由曲面立體模型；(I)將所述修正自由曲面立體模型導入所述光束追跡軟體，以模擬出一修正結果光形；(J)分析所述修正結果光形，以求得對應所述修正結果光形的一修正結果函數；(K)比較所述修正結果函數以及所述初步目標函數，以求得兩者間的一差異值；(L)判斷所述差異值是否低於一預設門檻值；(M)當所述差異值未低於所述預設門檻值時，根據所述修正結果函數與所述初步目標函數的比較結果，以產生另一修正目標函數，並重複步驟(H)至(L)；以及(N)當所述差異值低於所述預設門檻值時，根據所述修正自由曲面立體模型，以製成所述一次光學自由曲面結構。
如請求項1所述的製作方法，其中，產生所述修正目標函數的過程，還包括下列步驟：在所述初步目標函數的曲線下面積維持恆定的前提下，根據所述初步結果函數調整所述初步目標函數。
如請求項2所述的製作方法，其中，當所述初步結果函數的數值高於所述初步目標函數的數值的座標位置時，調降所述初步目標函數的數值。
如請求項2所述的製作方法，其中，當所述初步結果函數的數值低於所述初步目標函數的數值的座標位置時，調升所述初步目標函數的數值，以產生所述修正目標函數。
如請求項1所述的製作方法，其中，產生所述修正目標函數的過程，還包括下列步驟：根據一差異函數，亂數產生大量的所述修正目標函數，且依據步驟(H)至(J)分別產生對應各別所述修正目標函數的所述修正結果函數；將相互對應的所述修正目標函數以及所述修正結果函數提供予一深度學習系統，以執行所述深度學習系統的訓練程序；通過所述深度學習系統建立一預測演算法，所述預測演算法用以預測對應於所輸入的所述修正目標函數的所述修正結果函數；以及將所述初步目標函數設定成所述修正結果函數，並通過所述預測演算法逆推所述修正目標函數。
如請求項1所述的製作方法，其中，在將所述修正自由曲面立體模型導入所述光束追跡軟體前，還包括下列步驟：建構多個立體模型；根據多個所述立體模型分別製備多個試樣用光學結構；以及通過多個所述試樣用光學結構修正所述光束追跡軟體的設定參數。
如請求項6所述的製作方法，其中，通過多個所述試樣用光學結構修正所述光束追跡軟體的設定參數的過程中，還包括下列步驟：通過多個所述試樣用光學結構以分別產生對應的多個光照圖案；將多個所述立體模型分別導入所述光束追跡軟體，以產生分別對應多個所述立體模型的多個模擬試樣光形；以及分析多個所述光照圖案的多個實際光形，並將多個所述實際光形分別與對應的多個所述模擬試樣光形相比較，以修正所述光束追跡軟體的設定參數。
如請求項1所述的製作方法，其中，在將所述修正自由曲面立體模型導入所述光束追跡軟體前，還包括下列步驟：建構多個立體模型；根據多個所述立體模型分別製備多個試樣用光學結構；以及通過多個所述試樣用光學結構修正執行一模流分析時所需的物性數據以及成型條件參數。
如請求項8所述的製作方法，其中，通過多個所述試樣用光學結構修正執行所述模流分析時所需的物性數據以及成型條件參數的過程中，還包括下列步驟：通過逆向三維表面掃描技術確認多個所述試樣用光學結構的一實際形狀，並將多個所述實際形狀分別與對應的多個所述立體模型相比較，以修正執行所述模流分析時所需的物性數據以及成型條件參數。
如請求項8所述的製作方法，還進一步包括：針對所述修正自由曲面立體模型執行所述模流分析，以建立生產所述一次光學自由曲面結構所需的模具。