Differentiable design of a double-freeform lens with multi-level radial basis functions for extended source irradiance tailoring

可微函数 镜头(地质) 辐照度 计算机科学 光学(聚焦) 独特性 钥匙(锁) 代表(政治) 基础(线性代数) 软件 光学 数学 几何学 物理 数学分析 计算机安全 政治 法学 政治学 程序设计语言
作者
Haisong Tang,Haoran Li,Zexin Feng,Yi Luo,Xianglong Mao
出处
期刊:Optica [Optica Publishing Group]
卷期号:11 (5): 653-653 被引量:2
标识
DOI:10.1364/optica.520485
摘要

Freeform optics are key for generating prescribed illumination patterns from given sources, which are crucial for solid-state lighting and machine vision illumination. There is an increasing demand for compact freeform optics, which presents a substantial challenge for current design methods since the source dimensions must be considered. Most current extended-source design methods, although requiring profound knowledge of optics and mathematics, focus on the modest goal of obtaining uniform irradiance distributions. We address a more challenging design problem of generating an irradiance distribution of arbitrary shape through a double-freeform lens that can fully encompass the extended source. We propose a differentiable design method whose uniqueness lies in the representation of the double-freeform surfaces using multi-level spherical radial basis functions, which has a natural link to a multi-scale optimization technique. In addition, we employ a sequential unconstrained minimization technology complemented with Lagrange multipliers that add key feasibility constraints on lens shape and size. The proposed method is flexible, general, and efficient in designing highly compact freeform lenses for generating both simple and complex irradiance distributions, as demonstrated through the design examples. This could enable a universal solution to the extended-source design problem.
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