本发明涉及光学设计领域，具体为基于能量分配法生成自由曲面透镜的控制方法及系统。
背景技术：
朗伯体是指当入射能量在所有方向均匀反射，即入射能量以入射点为中心，在整个半球空间内向四周各向同性的反射能量的现象，称为漫反射，也称各向同性反射，一个完全的漫射体称为朗伯体。朗伯体光强分布满足余弦分布。
传统的透镜光学设计自由曲线是采用经验法或试错法，即通过不同的手调曲线结合光学软件模拟验证，得出最终结果。该方法耗时长，效率低，并且设计效果取决于设计人的经验，设计出来的产品具有不可重复的缺点。
led透镜至少有两个光学表面，大多数led透镜的计算方法只能计算单个自由曲面的形状，如偏微分方程法、剪裁法、间断法和连续法，这些方法都是把其中一个表面做成球面的，只需设计一个表面。但是，这样做的缺点是一个面的“负担”太重，光学设计质量下降，有些设计任务根本完成不了；且在某些角度的时候，如内曲面选择球面，光线经过球面的时候不会进行任何折射，从而导致光源最大角度的光线只能经过一个面发生折射，从而会产生倒扣，导致模具无法生产。
综上，该技术有必要进行改进。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于能量分配法生成自由曲面透镜的控制方法及系统，用于解决现有技术的耗时长，效率低，不可重复性等问题。
本发明所采用的技术方案是：
本发明提供一种基于能量分配法生成自由曲面透镜的控制方法，其包括以下步骤：
系统接收到用户输入的光源光强分布和目标配光曲线，计算得到光源光通量与目标配光曲线光通量之间的对应关系；
系统根据光源出射角θ及预设第一出射光线，确定透镜第一条母线的函数；
系统根据上述所得光源光通量与目标配光曲线光通量之间的对应关系，以及入射光线与出射光线之间的对应关系，根据迭代算法，计算得到透镜第二条母线的函数。
作为该技术方案的改进，所述光源光通量与目标配光曲线光通量之间的对应关系表示为：
其中，μ1，μ2为待定系数，m1、m2为已知光源和目标配光曲线控制系数。
作为该技术方案的改进，所述入射光线与出射光线之间的对应关系的表达式为：
作为该技术方案的改进，所述迭代算法包括：根据斯涅尔定律求得目标点的切线向量，进而求得下一点坐标。
作为该技术方案的改进，当光源从(x’，y’)点发出，第一条光线为0°光线，自由曲线距离光源y，则自由曲线起点坐标为(x0，y0)；入射光线方向量为in＝(sinθ,cosθ),出射光线方向向量为out＝(sinρ,cosρ)，入射光所在介质折射率为n1，出射光所在介质折射率为n2，根据斯涅尔定律可求出折射光线的法向量：
作为该技术方案的改进，设定n＝(a1，a2)，从而得出该点的切线斜率为k＝-a1/a2，可得出经过自由曲线第一个点的切线方程：
y-y0＝k(x-x0)。
作为该技术方案的改进，设第二条入射光线角度为θ2，光线出射点为(x’，y’)该光线方程为：
y-y'＝tanθ2(x-x′)。
进一步地，通过联立上述方程，可求出自由曲线第二个点(x1，y1)。
另一方面，本发明还提供一种基于能量分配法生成自由曲面透镜的控制系统，其包括：
目标设定模块，用于执行步骤系统接收到用户输入的光源光强分布和目标配光曲线，计算得到光源光通量与目标配光曲线光通量之间的对应关系；
第一母线确定模块，用于执行步骤系统根据光源出射角及预设第一出射光线，确定透镜第一条母线的函数；
第二母线确定模块，用于执行步骤系统根据上述所得光源光通量与目标配光曲线光通量之间的对应关系，以及入射光线与出射光线之间的对应关系，根据迭代算法，计算得到透镜第二条母线的函数
本发明的有益效果是：本发明提供的基于能量分配法生成自由曲面透镜的控制方法及系统，通过利用能量分配法，采用迭代算法求解双自由曲面的透镜，将传统的经验法、试错法制作透镜进行量化制作，保证了设计的效率以及准确性；解决了传统单自由曲面透镜会产生倒扣，并且不能出模的问题，使得透镜易于生产。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是本发明第一实施例的示意图；
图2是本发明第二实施例的示意图；
图3是本发明第二实施例的另一示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供一种基于能量分配法生成自由曲面透镜的控制方法，其包括以下步骤：
系统接收到用户输入的光源光强分布和目标配光曲线，计算得到光源光通量与目标配光曲线光通量之间的对应关系；
系统根据光源出射角及预设第一出射光线，确定透镜第一条母线的函数；由于一般光源最大角度为90度，当经过第一个面的时候，将入射光线进行折射减小角度，角度范围为大于或等于目标角度，小于90度，即可减轻第二曲面的折射“负担”，达到消除倒扣的目的。
系统根据上述所得光源光通量与目标配光曲线光通量之间的对应关系，以及入射光线与出射光线之间的对应关系，根据迭代算法，计算得到透镜第二条母线的函数。
参照图1，本发明提供一种利用能量分配法求解自由曲面透镜的方法，包括以下步骤:根据已知的光源光强分布特征，和已知的目标光强分布特征，可以把任意出射光线和入射光线一一对应起来。
当光源光线进入透镜第一个面的时候，将经过第一个面之后的光线分布设定好，在光源经过透镜第二个面，进行第二次运算，将经过第一个面以后的光强分布当成入射光重新计算一遍，这样就能得到所需的自由曲面。
第一实施例：
一般来说，光源光强分布都满足余弦分布或朗伯体，将光源的光强分布设为：
i1为光源的中心光强，θ为光源的角度，且0°≤θ≤90°，m1为控制系数，当光源满足朗伯体分布时，m1＝1。
假定目标光源的配光曲线满足
根据光通量积分计算公式得出，光源光通量为
其中，μ1，μ2为待定系数，m1、m2为已知光源和目标配光曲线控制系数，根据自由曲面特征曲线的起点和终点上的入射和出射对应于关系，即当0≤θ≤90时，0≤ρ≤σ。当入射光线为0时，出射光线也为0，当入射光线为90°时，出射光线为σ°。从而可以解出μ1，μ2的值，进而得到入射光线和出射光线的对应函数表达式。
得出入射光线和出射光线关系式，利用迭代法，可以求出该自由曲线。
假定光源在(x’，y’)点发出，第一条光线为0°光线，自由曲线距离光源y，则自由曲线起点坐标为(x0，y0)。入射光线方向量为in＝(sinθ,cosθ),出射光线方向向量为out＝(sinρ,cosρ)，入射光所在介质折射率为n1，出射光所在介质折射率为n2，根据斯涅尔定律可求出折射光线的法向量。
求解出n＝(a1，a2)，从而得出该点的切线斜率为k＝-a1/a2，可得出经过自由曲线第一个点的切线方程：
y-y0＝k(x-x0)……………④
设第二条入射光线角度为θ2，光线出射点为(x’，y’)该光线方程为
y-y'＝tanθ2(x-x′)…………⑤
联立两方程，可求出自由曲线第二个点(x1，y1)。以此类推，可以求出自由曲线上所有的点。
第二实施例：
已知透镜折射率为1.59，空气折射率为1，第一条自由曲线顶点高度为4，第二条自由曲线顶点高度为6，光源朗伯体发光，m1＝1，经过第一个自由曲面时，控制系数为m2＝0，最大角度为75°，经过第二个自由曲面时，控制系数为m3＝-1.5，最大角度为75°。
将m1＝1，m2＝0，θ1＝0，ρ1＝0带入①得到
将m1＝1，m2＝0，θ2＝90，ρ2＝75带入①得到
联立⑥，⑦两式解得μ1＝-0.3706，得μ2＝-0.6294。将结果和折射率n1＝1，n2＝1.59带入②得到
此时得到入射光线与出射光线之间的关系式，将入射光线分为1001份，即θ＝0,0.09,0.18,0.27……89.91,90；可以得到ρ＝0,0.1097,0.2194……74.9999,75。
此时已经有入射光线和出射光线的角度关系，为了便于计算，设光源在坐标系远点，已知第一条自由曲线定点高度为4，通过公式③即可得出每次折射光线的法线向量n，从而得出第一条自由曲线每点的切线斜率k，将已知带入公式④、⑤，解方程组，即可求出第一条自由曲线上所有点的坐标x，y，将所有点圆滑连接起来得出第一条自由曲线。
求解第二条自由曲线时，可将经过第一条自由曲线后的出射光看成光源入射光，通过公式①得出第二条自由曲线的待定系数μ1，μ2。另θ2＝75，ρ2＝75，m1＝0，m2＝-1.5带入公式②得出入射光线与出射光线之间的关系。再通过公式③得出第二条自由曲线每次折射光线的法线向量n，以及每点的切线斜率k，再以第一条曲线求出的坐标点作为入射光线起点，带入公式④、⑤，解方程组，即可求出第二条自由曲线上所有点的坐标，再将所有点圆滑连接起来得出第二条自由曲线。
仿真验证：
对数据进行三维建模、光学仿真，得到：该模型没有倒扣的产生，即可以直接用于生产；通过仿真结果显示，模拟结果于预设的70度完全相符。
本发明还提供一种基于能量分配法生成自由曲面透镜的控制系统，其包括：
目标设定模块，用于执行步骤系统接收到用户输入的光源光强分布和目标配光曲线，计算得到光源光通量与目标配光曲线光通量之间的对应关系；
第一母线确定模块，用于执行步骤系统根据光源出射角及预设第一出射光线，确定透镜第一条母线的函数；
第二母线确定模块，用于执行步骤系统根据上述所得光源光通量与目标配光曲线光通量之间的对应关系，以及入射光线与出射光线之间的对应关系，根据迭代算法，计算得到透镜第二条母线的函数。
本发明提供的基于能量分配法生成自由曲面透镜的控制方法及系统，通过利用能量分配法，采用迭代算法求解双自由曲面的透镜，将传统的经验法、试错法制作透镜进行量化制作，保证了设计的效率以及准确性；解决了传统单自由曲面透镜会产生倒扣，并且不能出模的问题，使得透镜易于生产。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。