CN111025436A - 鱼眼透镜参数确定方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种鱼眼透镜参数确定方法、装置及设备，鱼眼透镜包括超透镜，超透镜包括第一表面和第二表面，第一表面和第二表面上设置有多个柱形结构，该方法包括：获取待设计的鱼眼透镜的焦距及投射方式；根据焦距及投射方式确定每个柱形结构的光线角度偏移量；分别根据每个柱形结构的光线角度偏移量确定每个柱形结构的相位分布；分别根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的尺寸。根据确定的每个柱形结构的尺寸设计出符合预期焦距以及投射方式的鱼眼透镜，缩小了鱼眼透镜的尺寸，进而可以在短距离范围内实现较大的视场角。

Description

鱼眼透镜参数确定方法、装置及设备

技术领域

本发明实施例涉及微纳光学成像领域，尤其涉及一种鱼眼透镜参数确定方法、装置及设备。

背景技术

鱼眼透镜是一种具有超大视角的透镜（一般超过120°），最初是由仿生学中对于金鱼眼睛的模仿而设计并提出的。不同于标准透镜的直线型投射方式，鱼眼透镜具有独特的投射方式以满足为获得超大视角的物理需求。

鱼眼透镜本质上是由多组玻璃透镜组成的透镜集合，通过玻璃透镜的厚度上下不一致从而改变光的相位，让分散的光重新汇聚，使得每个点发出的光的光程差一致。多组玻璃透镜的组合使得鱼眼透镜具有不同于单个玻璃透镜的投射方式，可以很好的消像差，进而可以获得超大视角，视角甚至可以接近180度。目前，传统的鱼眼透镜通常由不少于八组玻璃透镜组成，导致了鱼眼透镜的尺寸较大。

发明内容

本发明实施例提供一种鱼眼透镜参数确定方法、装置及设备，缩小了鱼眼透镜的尺寸。

第一方面， 本发明实施例提供一种鱼眼透镜参数确定方法，所述鱼眼透镜包括超透镜，所述超透镜包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面上设置有多个柱形结构，所述方法包括：

获取待设计的鱼眼透镜的焦距及投射方式；

根据所述焦距及所述投射方式确定每个柱形结构的光线角度偏移量；

分别根据每个柱形结构的光线角度偏移量确定每个柱形结构的相位分布；

分别根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的尺寸。

在一种可能的实施方式中，根据所述焦距及所述投射方式确定每个柱形结构的光线角度偏移量，包括：

根据所述焦距、所述投射方式和每个柱形结构在所述超透镜上的位置，确定每个柱形结构对应的波矢量；

根据每个柱形结构对应的波矢量，确定每个柱形结构的光线角度偏移量。

在一种可能的实施方式中，针对所述多个柱形结构中的第一柱形结构，所述第一柱形结构对应的所述波矢量包括：第一波矢量、第二波矢量、第三波矢量和第四波矢量；其中，

所述第一波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第一表面之前的波矢量；

所述第二波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第一表面之后的波矢量；

所述第三波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第二表面之前的波矢量；

所述第四波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第二表面之后的波矢量。

在一种可能的实施方式中，

所述第一波矢量为：

，

或者；

所述第二波矢量为：

，

或者；

所述第三波矢量为：

，

或者；

所述第四波矢量为：

，

其中，

为真空中的波矢量，

，

为所述超透镜的折射率，

为第一平行 光和第二平行光的入射角，

为所述第一平行光从所述第一柱形结构穿过所述第一表面 的出射角，

为所述第二平行光从所述第一柱形结构穿过所述第一表面的出射角，

为所 述第一平行光经过所述第二表面的出射角。

在一种可能的实施方式中，针对所述多个柱形结构中的第一柱形结构；根据所述第一柱形结构对应的波矢量，确定所述第一柱形结构的光线角度偏移量，包括：

根据所述第一波矢量和所述第二波矢量，确定所述第一柱形结构在所述第一表面的光线角度偏移量；

根据所述第三波矢量和所述第四波矢量，确定所述第一柱形结构在所述第二表面的光线角度偏移量。

在一种可能的实施方式中，针对所述多个柱形结构中的第一柱形结构；根据所述第一柱形结构的光线角度偏移量确定所述第一柱形结构的相位分布，包括：

根据所述第一柱形结构在所述第一表面的光线角度偏移量，确定所述第一柱形结构在所述第一表面的第一相位变化量；

根据所述第一柱形结构在所述第二表面的光线角度偏移量，确定所述第一柱形结构在所述第二表面的第二相位变化量；

根据所述第一相位变化量和所述第二相位变化量，确定所述相位分布。

在一种可能的实施方式中，根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的尺寸，包括：

根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的相位值；

根据所述每个柱形结构的相位值和预设对应关系确定所述每个柱形结构的尺寸，其中，所述预设对应关系包括多个相位值和每个相位值对应的尺寸。

第二方面， 本发明实施例提供一种鱼眼透镜参数确定装置，所述鱼眼透镜包括超透镜，所述超透镜包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面上设置有多个柱形结构，所述装置包括：

获取模块，用于获取待设计的鱼眼透镜的焦距及投射方式；

第一确定模块，用于根据所述焦距及所述投射方式确定每个柱形结构的光线角度偏移量；

第二确定模块，用于分别根据每个柱形结构的光线角度偏移量确定每个柱形结构的相位分布；

第三确定模块，用于分别根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的尺寸。

在一种可能的实施方式中，所述第一确定模块具体用于：

根据所述焦距、所述投射方式和每个柱形结构在所述超透镜上的位置，确定每个柱形结构对应的波矢量；

根据每个柱形结构对应的波矢量，确定每个柱形结构的光线角度偏移量。

在一种可能的实施方式中，针对所述多个柱形结构中的第一柱形结构，所述第一柱形结构对应的所述波矢量包括：第一波矢量、第二波矢量、第三波矢量和第四波矢量；其中，

所述第一波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第一表面之前的波矢量；

所述第二波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第一表面之后的波矢量；

所述第三波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第二表面之前的波矢量；

所述第四波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第二表面之后的波矢量。

在一种可能的实施方式中，

所述第一波矢量为：

，

或者；

所述第二波矢量为：

，

或者；

所述第三波矢量为：

，

或者；

所述第四波矢量为：

，

其中，

为真空中的波矢量，

，

为所述超透镜的折射率，

为第一平行 光和第二平行光的入射角，

为所述第一平行光从所述第一柱形结构穿过所述第一表面 的出射角，

为所述第二平行光从所述第一柱形结构穿过所述第一表面的出射角，

为所 述第一平行光经过所述第二表面的出射角。

在一种可能的实施方式中，针对所述多个柱形结构中的第一柱形结构；所述第一确定模块具体用于：

根据所述第一波矢量和所述第二波矢量，确定所述第一柱形结构在所述第一表面的光线角度偏移量；

根据所述第三波矢量和所述第四波矢量，确定所述第一柱形结构在所述第二表面的光线角度偏移量。

在一种可能的实施方式中，针对所述多个柱形结构中的第一柱形结构；所述第二确定模块具体用于：

根据所述第一柱形结构在所述第一表面的光线角度偏移量，确定所述第一柱形结构在所述第一表面的第一相位变化量；

根据所述第一柱形结构在所述第二表面的光线角度偏移量，确定所述第一柱形结构在所述第二表面的第二相位变化量；

根据所述第一相位变化量和所述第二相位变化量，确定所述相位分布。

在一种可能的实施方式中，所述第三确定模块具体用于：

根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的相位值；

根据所述每个柱形结构的相位值和预设对应关系确定所述每个柱形结构的尺寸，其中，所述预设对应关系包括多个相位值和每个相位值对应的尺寸。

第三方面，本发明实施例提供一种终端设备，包括：处理器，所述处理器与存储器耦合；

所述存储器用于，存储计算机程序；

所述处理器用于，执行所述存储器中存储的计算机程序，以使得所述终端设备执行上述第一方面任一项所述的方法。

第四方面，本发明实施例提供一种可读存储介质，包括程序或指令，当所述程序或指令在计算机上运行时，如上述第一方面任意一项所述的方法被执行。

本发明实施例提供的一种鱼眼透镜参数确定方法、装置及设备，鱼眼透镜包括超透镜，超透镜包括第一表面和第二表面，第一表面和第二表面上设置有多个柱形结构，通过获取待设计的鱼眼透镜的焦距及投射方式，根据焦距及投射方式确定每个柱形结构的光线角度偏移量，分别根据每个柱形结构的光线角度偏移量确定每个柱形结构的相位分布，分别根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的尺寸，进而可以根据确定的每个柱形结构的尺寸设计出符合预期焦距以及投射方式的鱼眼透镜，缩小了鱼眼透镜的尺寸，进而可以在短距离范围内实现较大的视场角。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种鱼眼透镜的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种鱼眼透镜参数确定方法；

图3为本发明实施例提供的另一种鱼眼透镜参数确定方法；

图4为本发明实施例提供的一种鱼眼透镜的示意图；

图5为本发明实施例提供的G-S优化迭代算法的过程示意图；

图6为本发明实施例提供的确定第一柱形结构的尺寸的示意图；

图7为本发明实施例提供的鱼眼透镜参数确定方法的仿真结果示意图；

图8为本发明实施例提供的一种鱼眼透镜参数确定装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种鱼眼透镜的结构示意图。请参见图1，鱼眼透镜包括第一表面1、第二表面2以及鱼眼透镜主体3，其中，鱼眼透镜主体3可以为二氧化硅。第一表面1和第二表面2上分布有多个柱形结构4，柱形结构的材质可以为多晶硅。不同柱形结构4的尺寸可以不同，当柱形结构的尺寸不同时，柱形结构对光的相位的改变不同。在实际应用过程中，可以对第一表面和第二表面上的柱形结构的尺寸进行设计，以使光线照射到该鱼眼透镜的柱形结构上时，不同的柱形结构对光的相位进行不同的改变，进而使得分散的光线重新汇聚，使得鱼眼透镜具有良好的聚焦效果的同时，可以实现较大的视场角。

上述鱼眼透镜中包括鱼眼透镜主体以及鱼眼透镜主体上的柱形结构，其中，鱼眼透镜主体和柱形结构的尺寸较小，使得鱼眼透镜的尺寸较小。

下面，通过具体实施例对本申请所示的技术方案进行详细说明。需要说明的是，下面几个具体实施例可以相互结合，对于相同或相似的内容，在不同的实施例中不再进行重复说明。

图2为本发明实施例提供的一种鱼眼透镜参数确定方法。请参见图2，该方法可以包括：

S201、获取待设计的鱼眼透镜的焦距及投射方式。

本发明实施例的执行主体可以为电子设备，也可以为设置在电子设备中的鱼眼透镜参数确定装置。可选的，电子设备可以为计算机、服务器、手机等设备。可选的，鱼眼透镜参数确定装置可以通过软件实现，也可以通过软件和硬件的结合实现。为了便于描述，下面以执行主体为电子设备为例进行说明。

当需要设计一款鱼眼透镜时，电子设备获取待设计的鱼眼透镜的焦距及投射方式。其中，鱼眼透镜的焦距为光学系统中衡量光线的聚集的度量方式，指平行光入射时从鱼眼透镜的光心到光聚集之焦点的距离。鱼眼透镜的投射方式是指平行光的入射角与焦点位置的关系，其可以反映光线投过鱼眼透镜的视场角范围以及光线的畸变程度。

在实际应用过程中，当用户需要设计一款具有较大视场角的鱼眼透镜时，可以在电子设备中输入需要设计的鱼眼透镜的参数：焦距以及投射方式。可选的，用户可以通过对上述参数设置选项的方式输入鱼眼透镜的参数，也可以通过在不同参数对应的制定位置输入对应的参数值，对此本发明实施例不做具体限定。

S202、根据焦距及投射方式确定每个柱形结构的光线角度偏移量。

光线角度偏移量是指光线经过鱼眼透镜后角度的偏移，光线角度偏移量可以用波矢量的差值来表示。

可选的，可以通过如下可行的实现方式根据焦距及投射方式确定每个柱形结构的光线角度偏移量：根据焦距、投射方式和每个柱形结构在超透镜上的位置，确定每个柱形结构对应的波矢量；根据每个柱形结构对应的波矢量，确定每个柱形结构的光线角度偏移量。

可选的，投射方式可以包括但不限于：立体平面投射r = 2ftan(θ/2)，等距投射r= fθ，等角投射r = 2fsin(θ/2)，以及正交投射r = fsinθ，其中，r为焦点距离鱼眼透镜中心的垂直位置，f为鱼眼透镜的焦距，θ为光线的入射角。对于不同的投射方式，鱼眼透镜的参数确定方法相同。

可选的，鱼眼透镜可以包括至少两个表面，例如：鱼眼透镜可以包括两个表面、三个表面、四个表面等，下面，以鱼眼透镜包括两个表面为例进行说明：鱼眼透镜可以包括第一表面和第二表面，鱼眼透镜的第一表面以及第二表面上分布有多个柱形结构，每个柱形结构的位置不同，不同位置的柱形结构可以对透过不同柱形结构的光的相位进行不同的改变。每个柱形结构的位置的标识方法可以有多种，例如，可以将柱形结构与鱼眼透镜的光轴的距离，标识为柱形结构的位置，鱼眼透镜的光轴是一条参考线，该参考线经过鱼眼透镜的中心位置且垂直于鱼眼透镜。

波矢量是一个矢量，其数值表示波数

，其中，

为光线的波长，其方 向表示光线传播的方向。可选的，每个柱形结构对应的波矢量可以包括：第一波矢量、第二 波矢量、第三波矢量和第四波矢量；其中，第一波矢量为光线从每个柱形结构穿过第一表面 之前的波矢量；第二波矢量为光线从每个柱形结构穿过第一表面之后的波矢量；第三波矢 量为光线从每个柱形结构穿过第二表面之前的波矢量；第四波矢量为光线从每个柱形结构 穿过第二表面之后的波矢量。

S203、分别根据每个柱形结构的光线角度偏移量确定每个柱形结构的相位分布。

每个柱形结构的相位分布可以用来保证经过每个柱形结构的光线的光程差一致，从而使得分散的光线可以重新汇聚到固定焦距的焦点上。

可选的，可以通过如下可行的实现方式分别根据每个柱形结构的光线角度偏移量确定每个柱形结构的相位分布：

根据每个柱形结构在第一表面的光线角度偏移量，确定每个柱形结构在第一表面的第一相位变化量；根据每个柱形结构在第二表面的光线角度偏移量，确定每个柱形结构在第二表面的第二相位变化量；根据第一相位变化量和第二相位变化量，确定相位分布。

可选的，第一表面的光线角度偏移量用来表示单位长度上的第一相位变化量，即，第一相位变化量可以通过第一表面的光线角度偏移量以及每个柱形结构的位置来确定。相应的，第二相位变化量可以通过第二表面的光线角度偏移量以及每个柱形结构的位置来确定。

可选的，可以通过如下可行的实现方式根据第一相位变化量和第二相位变化量，确定相位分布：对每个柱形结构的第一相位变化量进行积分，得到每个柱形结构的第一表面的相位分布；对每个柱形结构的第二相位变化量进行积分，得到每个柱形结构的第二表面的相位分布。

S204、分别根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的尺寸。

每个柱形结构的尺寸可以包括每个柱形结构的半径，透过每个柱形结构的光线的相位值与每个柱形结构的半径具有对应关系。

可选的，可以通过如下可行的实现方式根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的尺寸：根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的相位值；根据每个柱形结构的相位值和预设对应关系确定每个柱形结构的尺寸，其中，预设对应关系包括多个相位值和每个相位值对应的尺寸。

可选的，可以通过如下方式根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的相 位值：将每个柱形结构的相位分布作为初始条件，x与y方向设置为周期性边界条件，z方向 设置为吸收性边界条件，相位分布是一个函数，将柱形结构的相关参数代入该函数即可确 定每个柱形结构的相位值，其中，每个柱形结构的相位值的范围为0-2

。

在实际应用过程中，根据每个柱形结构的相位值和预设对应关系确定每个柱形结构的尺寸，例如，确定每个柱形结构的半径。将所有确定好尺寸的结构单元排布于鱼眼透镜的第一表面以及第二表面，从而构建出符合预期参数的鱼眼透镜，透过鱼眼透镜的光线的相位值与每个柱形结构的半径具有对应关系。

本发明实施例提供的一种鱼眼透镜参数确定方法、装置及设备，鱼眼透镜包括超透镜，超透镜包括第一表面和第二表面，第一表面和第二表面上设置有多个柱形结构，通过获取待设计的鱼眼透镜的焦距及投射方式，根据焦距及投射方式确定每个柱形结构的光线角度偏移量，分别根据每个柱形结构的光线角度偏移量确定每个柱形结构的相位分布，分别根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的尺寸，进而可以根据确定的每个柱形结构的尺寸设计出符合预期焦距以及投射方式的鱼眼透镜，缩小了鱼眼透镜的尺寸，进而可以在短距离范围内实现较大的视场角。

在上述实施例的基础上，确定多个柱形结构中每个柱形结构的尺寸的过程相同，下面，结合图3，以确定第一柱形结构的尺寸的过程为例进行说明。

图3为本发明实施例提供的另一种鱼眼透镜参数确定方法。请参见图3，该方法可以包括：

S301、获取待设计的鱼眼透镜的焦距及投射方式。

为了便于描述，本发明实施例以投射方式为r = afsin(θ/a)为例进行说明。

需要说明的是，S301的执行过程可以参见S201的执行过程，此处不再进行赘述。

S302、根据焦距、投射方式和第一柱形结构在超透镜上的位置，确定第一柱形结构对应的波矢量。

第一柱形结构对应的波矢量包括第一波矢量、第二波矢量、第三波矢量和第四波矢量。

其中，第一波矢量为光线从第一柱形结构穿过第一表面之前的波矢量；

第二波矢量为光线从第一柱形结构穿过第一表面之后的波矢量；

第三波矢量为光线从第一柱形结构穿过第二表面之前的波矢量；

第四波矢量为光线从第一柱形结构穿过第二表面之后的波矢量。

可选的，可以通过如下可行的实现方式根据焦距、投射方式和第一柱形结构在超透镜上的位置，确定第一柱形结构对应的波矢量，下面，结合图4，通过具体示例，对本发明实施例所示的确定鱼眼透镜的第一柱形结构对应的波矢量进行说明。

图4为本发明实施例提供的一种鱼眼透镜的示意图。请参见图4，其中，n为鱼眼透 镜的折射率，d ₁ 为鱼眼透镜的厚度，d ₂ 为鱼眼透镜的焦距，具体的，d ₂ 为鱼眼透镜第二表面到 成像面的距离，

为第一平行光和第二平行光的入射角，

为第一平行光经过所述第一表 面的出射角，

为第二平行光经过所述第一表面的出射角，

为第一平行光经过所述第二 表面的出射角，

为第一柱形结构在所述超透镜上的第一表面的位置（即光线经过第一表 面的柱形结构的位置），

为第一柱形结构在所述超透镜上的第二表面的位置（即光线经过 第二表面的柱形结构的位置），r为焦点与透镜中心的垂直距离，其中，光线包括第一平行光 和第二平行光，第一平行光为穿过第一表面中心点的参考光线，第一表面中心点为第一表 面与光轴的交点，光轴为垂直于鱼眼透镜、且经过鱼眼透镜中心的参考线，其坐标为0，第二 平行光为从第一柱形结构穿过鱼眼透镜的光线，第一平行光与第二平行光平行。

需要说明的是，本发明实施例中，以下列具体参数数值为例进行说明，当然，具体参数还可以根据实际需要设置为其他的数值：n=1.5、d ₁=200µm、d ₂=400µm、第一平行光和第二平行光的波长λ=635nm。

可选的，在本发明实施例中，根据斯涅尔定律可以得到：

，

，

第一波矢量为：

，

或者，第二波矢量为：

，

或者，第三波矢量为：

，

或者，第四波矢量为：

，

其中，

为真空中的波矢量，

，

为超透镜的折射率，

为第一平行光和 第二平行光的入射角，

为第一平行光经过所述第一表面的出射角，

为第二平行光经过 所述第一表面的出射角，

为第一平行光经过所述第二表面的出射角。

S303、根据第一波矢量和第二波矢量，确定第一柱形结构在第一表面的光线角度偏移量。

可选的，根据第一波矢量和第二波矢量，确定第一柱形结构在第一表面的光线角度偏移量为：

。

S304、根据第三波矢量和第四波矢量，确定第一柱形结构在第二表面的光线角度偏移量。

可选的，根据第三波矢量和第四波矢量，确定第一柱形结构在第二表面的光线角度偏移量为：

。

S305、根据第一柱形结构在第一表面的光线角度偏移量，确定第一柱形结构在第一表面的第一相位变化量。

可选的，根据第一柱形结构在第一表面的光线角度偏移量得到：

第一柱形结构的第一相位变化量为：

。

S306、根据第一柱形结构在第二表面的光线角度偏移量，确定第一柱形结构在第二表面的第二相位变化量。

根据第一柱形结构在第二表面的光线角度偏移量得到：

第一柱形结构的第二相位变化量为：

。

S307、根据第一相位变化量和第二相位变化量，确定所述相位分布。

可选的，可以通过如下可行的实现方式根据第一柱形结构的第一相位变化量和第二相位变化量，确定相位分布：分别对第一相位变化量与第二相位变化量进行积分，得到第一表面和第二表面的相位分布。

S308、对第一柱形结构的相位分布进行优化。

可选的，得到第一柱形结构的相位分布之后，可以对其进行优化。

可选的，可以通过如下可行的实现方法对第一柱形结构的相位分布进行优化：将第一表面和第二表面的相位分布作为初始条件，利用基于衍射的迭代优化算法对第一表面和第二表面的相位分布进行优化。具体的，本发明实施例采用传统的G-S优化迭代算法以及瑞丽索墨菲衍射公式进行相位分布的优化。

在实际应用过程中，采用瑞丽索墨菲衍射公式以及传统的G-S优化迭代算法进行相位分布的具体优化过程如下所述：

空间中任意一个平面的电场分布可以表示为E（x,y）=A(x,y)e^iφ(x,y)

已知空间中第一表面的电场分布，可以通过瑞丽索墨菲衍射公式计算出传播至第二表面处的电场分布，具体的，瑞丽索墨菲衍射公式表示如下：

其中，

，

，

(x ₀ ,y ₀ )与（x,y）分别为第一表面与第二表面上的任意点，z为第一表面与第二表面之间的距离。

下面，结合图5，对G-S优化迭代算法过程进行详细说明。

图5为本发明实施例提供的G-S优化迭代算法的过程示意图，请参见图5，在确定第一表面以及第二表面的电场分布之后，将初始条件中的相位分布与恒值振幅分布（A（x,y）=1）相组合作为初始的电场，利用瑞丽索墨菲衍射公式，可以计算得出焦平面上的电场分布。保留该电场分布的相位分布，将振幅部分替换为期望的结果（即聚焦焦斑的振幅分布），再将这一新的电场分布进行反向传播，再次利用瑞丽索墨菲衍射公式，可得到初始输入平面处的电场分布，将此电场分布的相位分布保留，振幅分布替换为恒值振幅分布，进而组成新的输入，上述过程构成了一个循环，如图5所示。经过多次迭代后，L’(x，y)越来越接近于期望的结果L(x，y)。最终便实现了对第一柱形结构的相位分布进行优化。

S309、根据第一柱形结构的相位分布确定第一柱形结构的相位值。

可选的，可以通过如下方式根据第一柱形结构的相位分布确定第一柱形结构的相 位值：将第一柱形结构的相位分布作为初始条件，x与y方向设置为周期性边界条件，z方向 设置为吸收性边界条件，相位分布是一个函数，将第一柱形结构的相关参数代入该函数即 可确定第一柱形结构的相位值，其中，第一柱形结构的相位值的范围为0-2

。

S310、根据第一柱形结构的相位值和预设对应关系确定第一柱形结构的尺寸。

其中，所述预设对应关系包括多个相位值和每个相位值对应的尺寸。

可选的，第一柱形结构的尺寸可以包括第一柱形结构的半径。

下面，结合图6，对本发明实施例提供的根据第一柱形结构的相位分布确定第一柱形结构的尺寸进行说明。

图6为本发明实施例提供的确定第一柱形结构的尺寸的示意图，请参见图6，仅通过改变第一柱形结构的半径大小便可得到鱼眼透镜第一表面和第二表面所需要的2π相位变化范围，与此同时，鱼眼透镜的透射率始终保持在很高的状态下。在实际应用过程中，将确定好尺寸的第一结构单元排布于鱼眼透镜的第一表面以及第二表面的与该尺寸对应的位置，从而构建出符合预期参数的鱼眼透镜。

下面，结合图7，对本发明实施例提供的鱼眼透镜的性能进行详细说明。

图7为本发明实施例提供的鱼眼透镜参数确定方法的仿真结果示意图。请参见图7，在入射角从0°至接近90°的变化过程中，总可以得到良好的聚焦效果。模拟结果所示的投射关系与设计吻合得很好，其中当入射角大于75°时，偏差会稍显明显，这可以通过将超表面的尺寸变大进而得以解决。在任一入射角下，成像面（图中以CCD为例示出）所感知到的焦斑尺寸均与衍射极限差别不大，大部分入射光的能量都聚焦在成像面（图中以CCD为例示出）上的某一点，这也说明了鱼眼透镜的聚焦效果良好，可以在短距离内实现较大的视场角。

本发明实施例提供的一种鱼眼透镜参数确定方法、装置及设备，鱼眼透镜包括超透镜，超透镜包括第一表面和第二表面，第一表面和第二表面上设置有多个柱形结构，以确定第一柱形结构的尺寸的过程为例，通过获取待设计的鱼眼透镜的焦距及投射方式，根据焦距及投射方式确定第一柱形结构的光线角度偏移量，分别根据第一柱形结构的光线角度偏移量确定第一柱形结构的相位分布，并对相位分布进行优化，分别根据优化后的第一柱形结构的相位分布确定第一柱形结构的尺寸，进而可以根据确定的第一柱形结构的尺寸设计出符合预期焦距以及投射方式的鱼眼透镜，缩小了鱼眼透镜的尺寸，进而可以在短距离范围内实现较大的视场角。

图8为本发明实施例提供的一种鱼眼透镜参数确定装置。请参见图8，该鱼眼透镜参数确定装置10可以包括：

获取模块11，用于获取待设计的鱼眼透镜的焦距及投射方式；

第一确定模块12，用于根据所述焦距及所述投射方式确定每个柱形结构的光线角度偏移量；

第二确定模块13，用于分别根据每个柱形结构的光线角度偏移量确定每个柱形结构的相位分布；

第三确定模块14，用于分别根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的尺寸。

本发明实施例提供的一种鱼眼透镜参数确定装置可以执行上述方法实施例所示的技术方案，其实现原理以及有益效果类似，此处不再进行赘述。

在另一种可能的实施方式中，所述第一确定模块12具体用于：

根据所述焦距、所述投射方式和每个柱形结构在所述超透镜上的位置，确定每个柱形结构对应的波矢量；

根据每个柱形结构对应的波矢量，确定每个柱形结构的光线角度偏移量。

在另一种可能的实施方式中，针对所述多个柱形结构中的第一柱形结构，所述第一柱形结构对应的所述波矢量包括：第一波矢量、第二波矢量、第三波矢量和第四波矢量；

其中，

所述第一波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第一表面之前的波矢量；

所述第二波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第一表面之后的波矢量；

所述第三波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第二表面之前的波矢量；

所述第四波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第二表面之后的波矢量。

在另一种可能的实施方式中，所述第一波矢量为：

，

或者；

所述第二波矢量为：

，

或者；

所述第三波矢量为：

，

或者；

所述第四波矢量为：

，

其中，

为真空中的波矢量，

，

为所述超透镜的折射率，

为第一平行 光和第二平行光的入射角，

为所述第一平行光从所述第一柱形结构穿过所述第一表面 的出射角，

为所述第二平行光从所述第一柱形结构穿过所述第一表面的出射角，

为所 述第一平行光经过所述第二表面的出射角。

在另一种可能的实施方式中，针对所述多个柱形结构中的第一柱形结构；所述第一确定模块12具体用于：

根据所述第一波矢量和所述第二波矢量，确定所述第一柱形结构在所述第一表面的光线角度偏移量；

根据所述第三波矢量和所述第四波矢量，确定所述第一柱形结构在所述第二表面的光线角度偏移量。

在另一种可能的实施方式中，针对所述多个柱形结构中的第一柱形结构；所述第二确定模块13具体用于：

根据所述第一柱形结构在所述第一表面的光线角度偏移量，确定所述第一柱形结构在所述第一表面的第一相位变化量；

根据所述第一柱形结构在所述第二表面的光线角度偏移量，确定所述第一柱形结构在所述第二表面的第二相位变化量；

根据所述第一相位变化量和所述第二相位变化量，确定所述相位分布。

在另一种可能的实施方式中，所述第三确定模块14具体用于：

根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的相位值；

根据所述每个柱形结构的相位值和预设对应关系确定所述每个柱形结构的尺寸，其中，所述预设对应关系包括多个相位值和每个相位值对应的尺寸。

本发明实施例提供的一种鱼眼透镜参数确定装置可以执行上述方法实施例所示的技术方案，其实现原理以及有益效果类似，此处不再进行赘述。

本发明实施例提供一种终端设备，包括：处理器，所述处理器与存储器耦合；

所述存储器用于，存储计算机程序；

所述处理器用于，执行所述存储器中存储的计算机程序，以使得所述终端设备执行上述任意方法实施例所述的方法。

本发明实施例提供一种可读存储介质，包括程序或指令，当所述程序或指令在计算机上运行时，如上述任意方法实施例所述的方法被执行。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本领域的普通技术人员依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例方案的范围。

Claims (10)

1.一种鱼眼透镜参数确定方法，其特征在于，所述鱼眼透镜包括超透镜，所述超透镜包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面上设置有多个柱形结构，所述方法包括：

获取待设计的鱼眼透镜的焦距及投射方式；

根据所述焦距及所述投射方式确定每个柱形结构的光线角度偏移量；

分别根据每个柱形结构的光线角度偏移量确定每个柱形结构的相位分布；

分别根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的尺寸。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述焦距及所述投射方式确定每个柱形结构的光线角度偏移量，包括：

根据所述焦距、所述投射方式和每个柱形结构在所述超透镜上的位置，确定每个柱形结构对应的波矢量；

根据每个柱形结构对应的波矢量，确定每个柱形结构的光线角度偏移量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，针对所述多个柱形结构中的第一柱形结构，所述第一柱形结构对应的所述波矢量包括：第一波矢量、第二波矢量、第三波矢量和第四波矢量；其中，

所述第一波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第一表面之前的波矢量；

所述第二波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第一表面之后的波矢量；

所述第三波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第二表面之前的波矢量；

所述第四波矢量为光线从所述第一柱形结构穿过所述第二表面之后的波矢量。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述第一波矢量为：

，

或者；

所述第二波矢量为：

，

或者；

所述第三波矢量为：

，

或者；

所述第四波矢量为：

，

其中，

为真空中的波矢量，

，

为所述超透镜的折射率，

为第一平行光 和第二平行光的入射角，

为所述第一平行光从所述第一柱形结构穿过所述第一表面的 出射角，

为所述第二平行光从所述第一柱形结构穿过所述第一表面的出射角，

为所述 第一平行光经过所述第二表面的出射角。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，针对所述多个柱形结构中的第一柱形结构；根据所述第一柱形结构对应的波矢量，确定所述第一柱形结构的光线角度偏移量，包括：

根据所述第一波矢量和所述第二波矢量，确定所述第一柱形结构在所述第一表面的光线角度偏移量；

根据所述第三波矢量和所述第四波矢量，确定所述第一柱形结构在所述第二表面的光线角度偏移量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，针对所述多个柱形结构中的第一柱形结构；根据所述第一柱形结构的光线角度偏移量确定所述第一柱形结构的相位分布，包括：

根据所述第一柱形结构在所述第一表面的光线角度偏移量，确定所述第一柱形结构在所述第一表面的第一相位变化量；

根据所述第一柱形结构在所述第二表面的光线角度偏移量，确定所述第一柱形结构在所述第二表面的第二相位变化量；

根据所述第一相位变化量和所述第二相位变化量，确定所述相位分布。

7.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的尺寸，包括：

根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的相位值；

根据所述每个柱形结构的相位值和预设对应关系确定所述每个柱形结构的尺寸，其中，所述预设对应关系包括多个相位值和每个相位值对应的尺寸。

8.一种鱼眼透镜参数确定装置，其特征在于，所述鱼眼透镜包括超透镜，所述超透镜包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面上设置有多个柱形结构，所述装置包括：

获取模块，用于获取待设计的鱼眼透镜的焦距及投射方式；

第一确定模块，用于根据所述焦距及所述投射方式确定每个柱形结构的光线角度偏移量；

第二确定模块，用于分别根据每个柱形结构的光线角度偏移量确定每个柱形结构的相位分布；

第三确定模块，用于分别根据每个柱形结构的相位分布确定每个柱形结构的尺寸。

9.一种鱼眼透镜参数确定装置，其特征在于，包括：至少一个处理器和存储器；

所述存储器用于存储计算机程序指令；

所述至少一个处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序指令，使得所述至少一个处理器执行如权利要求1至7任一项所述鱼眼透镜参数确定方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序指令，当处理器执行所述计算机程序指令时，实现如权利要求1至7任一项所述的鱼眼透镜参数确定方法。

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