超表面透镜及确定方法与流程

本公开涉及摄像设备领域，尤其涉及一种超表面透镜及确定方法。

背景技术：

1、传统相机镜头中采用多枚镜片来汇聚光线，镜片基于折射原理，为玻璃、塑料等材料，通常尺寸较大。而为了使智能终端更加轻薄，对相机镜头的尺寸提出了愈加严格的要求，传统镜片不利于实现更加轻薄化的设计和堆叠。

2、近年来，发展出了超表面透镜的技术，利用亚波长尺寸的结构来调控入射光波前，超透镜厚度仅在百纳米量级，相比于传统镜片厚度大大降低。目前已提出的超表面透镜在玻璃基底的两侧设置双层超表面透镜单元，通过双层超表面透镜单元的配合消除不同入射角的入射光的彗差，但是双层超表面透镜单元的设置，导致超表面透镜的加工难度大，生产成本较高。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种超表面透镜及确定方法。

2、根据本公开实施例的第一方面，提供一种超表面透镜，所述超表面透镜包括：

3、超表面透镜基底；

4、设置在所述超表面透镜基底的第一表面上的多个超表面透镜单元组，每个超表面透镜单元组中包括超表面透镜单元；所述超表面透镜单元的布置方式及尺寸与所述超表面透镜基底的第一相位分布以及基于入射光的入射角的第二相位分布相关；所述第一表面为所述超表面透镜基底的第二表面相对的表面；所述第二表面为入射光的入射表面；

5、其中，所述超表面透镜单元用于对入射到所述超表面透镜单元的第一表面上的入射光进行调制，以使以同一入射角入射的多个入射光在经过所述超表面透镜单元后会聚于成像面上的同一环形区域内。

6、在一些实施例中，每个超表面透镜单元组中的超表面透镜单元相对于所述超表面透镜基底的中心对称设置。

7、在一些实施例中，所述超表面透镜单元的尺寸包括高度和宽度，所述超表面透镜单元组中的所述超表面透镜单元的高度相同。

8、在一些实施例中，所述超表面透镜基底包括以所述超表面透镜基底的中心为中心的多个环形区域，位于同一所述环形区域的至少一个超表面透镜单元组中的超表面透镜单元的宽度相同。

9、在一些实施例中，所述环形区域与所述超表面透镜基底的中心点之间的距离与所述环形区域中的超表面透镜单元的宽度之间满足预设关系。

10、在一些实施例中，所述预设关系至少包括反比关系。

11、在一些实施例中，所述超表面透镜基底的第二表面还设置有光阑，入射光经由所述光阑进入所述超表面透镜基底并穿透所述超表面透镜基底到达所述第一表面。

12、在一些实施例中，所述光阑的中心点与所述超表面透镜基底的中心点同轴。

13、在一些实施例中，所述超表面透镜基底的第一相位分布表示为：

14、

15、其中，为所述第一相位分布，a1、a2、a3、a4和a5为预设系数，ρ为所述超表面透镜的归一化半径。

16、在一些实施例中，基于入射光的入射角的第二相位分布表示为：

17、

18、其中，ψ为所述第二相位分布，为所述第一相位分布，k为波数，x为入射角为θ的第n条入射光经由所述光阑后在所述第二表面上距离目标位置点的距离，所述目标位置点为所述入射角为θ的第一条入射光经由所述光阑后在所述第二表面上的位置点。

19、在一些实施例中，所述超表面透镜单元为具有对称性的单元。

20、在一些实施例中，所述超表面透镜单元为圆柱形单元、正方形单元或者十字形单元中的任一种。

21、根据本公开实施例的第二方面，提供一种超表面透镜的确定方法，所述超表面透镜包括超表面透镜基底以及设置在所述超表面透镜基底的第一表面上的多个超表面透镜单元组，所述第一表面为所述超表面透镜基底的第二表面相对的表面，所述第二表面为入射光的入射表面；所述超表面透镜的确定方法包括：

22、确定所述超表面透镜基底的第一相位分布；

23、基于所述第一相位分布，确定多个入射角的入射光在经过所述超表面透镜后的第二相位分布，所述入射角不小于预设角度；

24、基于多个所述入射角对应的第二相位分布，确定所述超表面透镜单元组中的所述超表面透镜单元的布置方式及尺寸，以使以同一入射角入射的入射光在经过所述超表面透镜单元后会聚于成像面上的同一环形区域内。

25、在一些实施例中，所述基于多个所述入射角对应的第二相位分布，确定所述超表面透镜单元组中的所述超表面透镜单元的布置方式及尺寸，包括：

26、根据所述第二相位分布与所述超表面透镜单元的布置方式及尺寸之间的映射关系，确定所述超表面透镜单元组中的所述超表面透镜单元的布置方式及尺寸。

27、在一些实施例中，所述基于多个所述入射角对应的第二相位分布，确定所述超表面透镜单元组中的所述超表面透镜单元的布置方式及尺寸，包括：

28、根据所述第二相位分布以及所述超表面透镜单元的投射效率与所述超表面透镜单元的布置方式及尺寸之间的映射关系，确定所述超表面透镜单元组中的所述超表面透镜单元的布置方式及尺寸。

29、在一些实施例中，所述方法还包括：

30、确定多个所述入射角的入射光在经过所述超表面透镜后的振幅分布；

31、所述第二相位分布包括所述超表面透镜的多个位置点对应的相位，所述振幅分布包括所述超表面透镜的多个位置点对应的振幅；所述基于多个所述入射角对应的第二相位分布，确定所述超表面透镜单元组中的所述超表面透镜单元的布置方式及尺寸，包括：

32、对于每个位置点对应的相位和振幅，采用下述误差函数，确定所述位置点对应的相位以及振幅，与所述单元数据库中第i个超表面透镜单元对应的相位以及透射效率之间的误差；

33、δi＝abs[a0*exp(j*p0)-ai*exp(j*pi)]

34、其中，δi为第i个超表面透镜单元对应的误差，a0为所述位置点对应的振幅，p0为所述位置点对应的相位，ai为所述第i个超表面透镜单元对应的透射效率，pi为所述第i个超表面透镜单元对应的相位，j表示虚数；

35、确定所述单元数据库中的多个超表面透镜单元中对应的误差最小的目标超表面透镜单元；

36、将所述目标超表面透镜单元的尺寸确定为所述位置点设置的超表面透镜单元的尺寸。

37、在一些实施例中，所述超表面透镜还包括光阑，所述光阑设置在所述超表面透镜基底的第二表面；所述基于所述第一相位分布，确定多个入射角的入射光在经过所述超表面透镜后的第二相位分布，包括：

38、基于所述光阑的直径和所述第一相位分布，确定多个所述入射角的入射光经由所述光阑进入所述超表面透镜基底并穿透所述超表面透镜基底到达所述第一表面后的第二相位分布。

39、在一些实施例中，所述超表面透镜基底的第一相位分布表示为：

40、

41、其中，为所述第一相位分布，a1、a2、a3、a4和a5为预设系数，ρ为所述超表面透镜的归一化半径。

42、在一些实施例中，基于入射光的入射角的第二相位分布表示为：

43、

44、其中，ψ为所述第二相位分布，为所述第一相位分布，k为波数，x为入射角为θ的第n条入射光经由所述光阑后在所述第二表面上距离目标位置点的距离，所述目标位置点为所述入射角为θ的第一条入射光经由所述光阑后在所述第二表面上的位置点。

45、在一些实施例中，所述超表面透镜单元为具有对称性的单元。

46、在一些实施例中，所述超表面透镜单元为圆柱形单元、正方形单元或者十字形单元中的任一种。

47、在一些实施例中，所述预设角度为40度。

48、根据本公开实施例的第三方面，提供一种超表面透镜的确定装置，所述超表面透镜包括超表面透镜基底以及设置在所述超表面透镜基底的第一表面上的多个超表面透镜单元组，所述第一表面为所述超表面透镜基底的第二表面相对的表面，所述第二表面为入射光的入射表面；所述超表面透镜的确定装置包括：

49、第一相位确定模块，被配置为确定所述超表面透镜基底的第一相位分布；

50、第二相位确定模块，被配置为基于所述第一相位分布，确定多个入射角的入射光在经过所述超表面透镜后的第二相位分布，所述入射角不小于预设角度；

51、单元确定模块，被配置为基于多个所述入射角对应的第二相位分布，确定所述超表面透镜单元组中的所述超表面透镜单元的布置方式及尺寸，以使以同一入射角入射的入射光在经过所述超表面透镜单元后会聚于成像面上的同一环形区域内。

52、在一些实施例中，所述单元确定模块，被配置为根据所述第二相位分布与所述超表面透镜单元的布置方式及尺寸之间的映射关系，确定所述超表面透镜单元组中的所述超表面透镜单元的布置方式及尺寸。

53、在一些实施例中，所述单元确定模块，被配置为根据所述第二相位分布以及所述超表面透镜单元的投射效率与所述超表面透镜单元的布置方式及尺寸之间的映射关系，确定所述超表面透镜单元组中的所述超表面透镜单元的布置方式及尺寸。

54、在一些实施例中，所述装置还包括：

55、振幅确定模块，被配置为确定多个所述入射角的入射光在经过所述超表面透镜后的振幅分布；

56、所述第二相位分布包括所述超表面透镜的多个位置点对应的相位，所述振幅分布包括所述超表面透镜的多个位置点对应的振幅；所述单元确定模块，被配置为：

57、对于每个位置点对应的相位和振幅，采用下述误差函数，确定所述位置点对应的相位以及振幅，与所述单元数据库中第i个超表面透镜单元对应的相位以及透射效率之间的误差；

58、δi＝abs[a0*exp(j*p0)-ai*exp(j*pi)]

59、其中，δi为第i个超表面透镜单元对应的误差，a0为所述位置点对应的振幅，p0为所述位置点对应的相位，ai为所述第i个超表面透镜单元对应的透射效率，pi为所述第i个超表面透镜单元对应的相位，j表示虚数；

60、确定所述单元数据库中的多个超表面透镜单元中对应的误差最小的目标超表面透镜单元；

61、将所述目标超表面透镜单元的尺寸确定为所述位置点设置的超表面透镜单元的尺寸。

62、在一些实施例中，所述超表面透镜还包括光阑，所述光阑设置在所述超表面透镜基底的第二表面，所述第二相位确定模块，被配置为基于所述光阑的直径和所述第一相位分布，确定多个所述入射角的入射光经由所述光阑进入所述超表面透镜基底并穿透所述超表面透镜基底到达所述第一表面后的第二相位分布。

63、在一些实施例中，所述超表面透镜基底的第一相位分布表示为：

64、

65、其中，为所述第一相位分布，a1、a2、a3、a4和a5为预设系数，ρ为所述超表面透镜的归一化半径。

66、在一些实施例中，基于入射光的入射角的第二相位分布表示为：

67、

68、其中，ψ为所述第二相位分布，为所述第一相位分布，k为波数，x为入射角为θ的第n条入射光经由所述光阑后在所述第二表面上距离目标位置点的距离，所述目标位置点为所述入射角为θ的第一条入射光经由所述光阑后在所述第二表面上的位置点。

69、在一些实施例中，所述超表面透镜单元为具有对称性的单元。

70、在一些实施例中，所述超表面透镜单元为圆柱形单元、正方形单元或者十字形单元中的任一种。

71、在一些实施例中，所述预设角度为40度。

72、根据本公开实施例的第四方面，提供一种电子设备，包括：

73、处理器；

74、用于存储处理器可执行指令的存储器；

75、其中，所述处理器被配置为执行如本公开实施例的第二方面中任一项所述的超表面透镜的确定方法。

76、根据本公开实施例的第五方面，提供一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如本公开实施例的第二方面中任一项所述的超表面透镜的确定方法。

77、采用本公开的上述方法，具有以下有益效果：

78、本公开实施例提供的超表面透镜包括超表面透镜基底以及设置在所述超表面透镜基底的第一表面上的多个超表面透镜单元组，第一表面为超表面透镜基底的第二表面相对的表面，第二表面为入射光的入射表面，只需在超表面透镜基底的一侧设置超表面透镜单元，降低了超表面透镜的加工难度和生产成本。并且，在确定超表面透镜时，依据想要使超表面透镜达到的最大视场角，即两倍预设角度，来确定多个不小于预设角度的入射角的入射光在经过超表面透镜后的第二相位分布，之后再基于多个入射角对应的第二相位分布，确定超表面透镜单元组中的超表面透镜单元的布置方式及尺寸，以使以同一入射角入射的入射光在经过超表面透镜单元后会聚于成像面上的同一环形区域内，从而使确定的超表面透镜的视场角能够满足两倍预设角度，以满足产品需求。

79、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。