CN117348127A - 超透镜阵列获取方法、超透镜阵列及匀光系统 - Google Patents

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CN117348127A CN202311328015.6A CN202311328015A CN117348127A CN 117348127 A CN117348127 A CN 117348127A CN 202311328015 A CN202311328015 A CN 202311328015A CN 117348127 A CN117348127 A CN 117348127A
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郝成龙
谭凤泽
朱健
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Shenzhen Metalenx Technology Co Ltd
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Abstract

本申请提供了一种超透镜阵列获取方法、超透镜阵列及匀光系统，该方法包括：按照为各超透镜配置的采样周期，确定各超透镜上用于排列微纳结构的离散位置；获取各超透镜在对应离散位置处的相位，以满足预期的匀光性能以及预期的发散角；基于各超透镜在对应离散位置处的相位，获取各超透镜对应的采样周期阈值；针对采样周期大于采样周期阈值的超透镜，优化其采样周期，并更新其对应离散位置、其在对应离散位置处的相位以及其采样周期阈值，直到其采样周期小于或等于其采样周期阈值；在针对采样周期完成优化之后，按照各超透镜在对应离散位置处的相位，获取用于对光源进行匀光的超透镜阵列。本申请实施例能够稳定高效地生成用于匀光的超透镜阵列。

Description

超透镜阵列获取方法、超透镜阵列及匀光系统
技术领域
本申请涉及透镜领域，具体涉及一种超透镜阵列获取方法、超透镜阵列及匀光系统。
背景技术
在激光光学、照明、医疗美容等领域，常常需要对光源所发射光线进行匀光处理。相关技术中，为了减小透镜阵列的体积，采用超透镜阵列作为用于匀光的透镜阵列。但是，相关技术中，无法稳定地生成能够提供所需相位的超透镜，由此导致无法稳定高效地生成所需的超透镜阵列。
发明内容
本申请的一个目的在于提出一种超透镜阵列获取方法、超透镜阵列及匀光系统，以稳定高效地生成用于匀光的超透镜阵列。
根据本申请实施例的一方面，公开了一种超透镜阵列获取方法，目标获取的超透镜阵列包括至少两个超透镜，每一个超透镜包括基底和位于所述基底的微纳结构；所述方法包括：
按照为所述超透镜阵列中的各超透镜配置的采样周期，确定所述各超透镜上用于排列所述微纳结构的离散位置；
获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位，以使得光源所发射光线经所述超透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角；
基于所述各超透镜在对应离散位置处的相位，获取所述各超透镜对应的采样周期阈值；
针对对应采样周期大于对应采样周期阈值的超透镜，优化其采样周期，并更新其对应离散位置、其在对应离散位置处的相位以及其采样周期阈值，直到其采样周期小于或等于其采样周期阈值；
在针对所述采样周期完成优化之后，按照所述各超透镜在对应离散位置处的相位，获取用于对所述光源进行匀光的超透镜阵列。
在本申请的一示例性实施例中，基于所述各超透镜在对应离散位置处的相位，获取所述各超透镜对应的采样周期阈值，包括：
基于所述各超透镜在对应离散位置处的相位，计算所述各超透镜在对应离散位置处的相位梯度，并确定所述各超透镜的相位梯度绝对值的最大值；
使用π分别除以所述各超透镜的相位梯度绝对值的最大值，得到所述各超透镜对应的采样周期阈值。
在本申请的一示例性实施例中，获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位，包括：
按照为所述各超透镜配置的分布位置以及尺寸，配置初始化的超透镜阵列，其中，所述初始化的超透镜阵列包括至少两个初始化的超透镜；
对各初始化的超透镜进行优化，使得光源所发射光线经所述初始化的超透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角，输出所述各超透镜在对应离散位置处的相位。
在本申请的一示例性实施例中，获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位，包括：
按照为所述各超透镜配置的分布位置以及尺寸，配置微透镜阵列中的各微透镜的分布位置以及尺寸，所述各超透镜与所述各微透镜一一匹配；
对所述各微透镜进行优化，使得光源所发射光线经所述微透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角，输出各优化后微透镜；
读取所述光源所发射光线在所述各优化后微透镜上的入射角分布以及出射角分布，并基于所述入射角分布以及所述出射角分布，计算所述各优化后微透镜上的相位分布；
基于所述各优化后微透镜上的相位分布，获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位。
在本申请的一示例性实施例中，对所述各微透镜进行优化，使得光源所发射光线经所述微透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角，包括：
通过优化所述各微透镜的圆锥系数以及曲率半径，使得所述光源所发射光线经所述微透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角。
在本申请的一示例性实施例中，基于所述入射角分布以及所述出射角分布，计算所述各优化后微透镜上的相位分布，包括：
基于入射面所处介质的折射率、出射面所处介质的折射率、所述入射角分布以及所述出射角分布，计算所述各优化后微透镜在其上各位置处的相位梯度；
基于所述各优化后微透镜在其上各位置处的相位梯度，计算得到所述各优化后微透镜在其上各位置处的相位。
在本申请的一示例性实施例中，所述各优化后微透镜上的相位分布，与相匹配超透镜对应的离散位置一一匹配；基于所述各优化后微透镜上的相位分布，获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位，包括：
按照所述各超透镜与所述各微透镜之间的匹配关系，将所述各优化后微透镜上的相位分布，一一赋值到相匹配超透镜对应的离散位置，得到所述各超透镜在对应离散位置处的相位。
在本申请的一示例性实施例中，基于所述各优化后微透镜上的相位分布，获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位，包括：
对所述各优化后微透镜上的相位分布进行拟合，得到所述各优化后微透镜对应的相位表达函数；
基于所述各优化后微透镜对应的相位表达函数，获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位。
在本申请的一示例性实施例中，本申请所提供方法还包括：
预先对所述各超透镜进行周期性排列，并将所述各超透镜配置为统一尺寸；或者，
预先将所述各超透镜配置为在第一方向上整齐排列，在第二方向上整齐排列，并将每一对相邻的超透镜配置为两种不同的尺寸，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直；或者，
预先将所述各超透镜配置为在所述第一方向上整齐排列，在所述第二方向上错落排列，并将每一对相邻的超透镜配置为两种不同的尺寸；或者，
预先对所述各超透镜的尺寸以及分布位置进行随机配置。
根据本申请实施例的一方面，公开了一种超透镜阵列，所述超透镜阵列由上述任一项方法实施例所提供的方法生成得到；所述超透镜阵列用于对光源所发射光线进行匀光。
根据本申请实施例的一方面，公开了一种匀光系统，所述匀光系统包括：光源；用于对光源所发射光线进行匀光的超透镜阵列；所述超透镜阵列由上述任一项方法实施例所提供的方法生成得到。
根据本申请实施例的一方面，公开了一种超透镜阵列获取装置，目标获取的超透镜阵列包括至少两个超透镜，每一个超透镜包括基底和位于所述基底的微纳结构；所述装置包括：
离散位置确定模块，配置为按照为所述超透镜阵列中的各超透镜配置的采样周期，确定所述各超透镜上用于排列所述微纳结构的离散位置；
超透镜相位获取模块，配置为获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位，以使得光源所发射光线经所述超透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角；
采样周期阈值获取模块，配置为基于所述各超透镜在对应离散位置处的相位，获取所述各超透镜对应的采样周期阈值；
采样周期优化模块，配置为针对对应采样周期大于对应采样周期阈值的超透镜，优化其采样周期，并更新其对应的离散位置、其在对应离散位置处的相位以及其采样周期阈值，直到其采样周期小于或等于其采样周期阈值；
超透镜阵列获取模块，配置为在针对所述采样周期完成优化之后，按照所述各超透镜在对应离散位置处的相位，获取用于对所述光源进行匀光的超透镜阵列。
根据本申请实施例的一方面，公开了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现以上任一项方法实施例。
根据本申请实施例的一方面，公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使所述计算机执行以上任一项方法实施例。
本申请实施例中，按照为超透镜阵列中的各超透镜配置的采样周期，确定各超透镜上用于排列微纳结构的离散位置，并获取各超透镜在对应离散位置处的相位。然后基于各超透镜在对应离散位置处的相位，获取各超透镜对应的采样周期阈值。然后针对对应采样周期大于对应采样周期阈值的超透镜，优化其采样周期，并更新其对应离散位置、其在对应离散位置处的相位以及其采样周期阈值，直到其采样周期小于或等于其采样周期阈值。在针对采样周期完成优化之后，每一超透镜的采样周期均小于或等于其采样周期阈值，由此使得每一超透镜均能够有效地按照预期对光线进行调制。由此，按照各超透镜在对应离散位置处的相位，即可稳定高效地得到能够有效地按照预期对光线进行调制的各超透镜，由此，稳定高效地得到用于对光源进行匀光的超透镜阵列。
本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。
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的，并不能限制本申请。
附图说明
通过参考附图详细描述其示例实施例，本申请的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
图1示出了本申请一实施例中的超透镜阵列获取方法的流程图。
图2示出了本申请一实施例中的超透镜阵列中的各超透镜的排列方式。
图3示出了本申请一实施例中的超透镜阵列中的各超透镜的排列方式。
图4示出了本申请一实施例中的超透镜阵列中的各超透镜的排列方式。
图5示出了本申请一实施例中的超透镜阵列中的各超透镜的排列方式。
图6示出了本申请一实施例中的优化后各微透镜投射所得光斑的能量分布示意图。
图7示出了本申请一实施例中的沿X轴，过光斑中心对图6中的光斑进行截取，所得的一维线段上的光强分布示意图。
图8示出了本申请一实施例中的沿Y轴，过光斑中心对图6中的光斑进行截取，所得的一维线段上的光强分布示意图。
图9示出了本申请一实施例中的所得到的各超透镜的相位分布示意图。
图10示出了本申请一实施例中的在所得到的各超透镜中，70～155nm的半径范围内的微纳结构对于VCSEL阵列所发射光线的透过率分布示意图与相位分布示意图。
图11示出了本申请一实施例中的超透镜阵列投射所得光斑的能量分布示意图。
图12示出了本申请一实施例中的分别沿X轴和Y轴，过光斑中心对图11中的光斑进行截取，所得的一维线段上的光强分布示意图。
图13示出了本申请一实施例中的在所得到的各超透镜中，70～130nm的半径范围内的微纳结构对于VCSEL阵列所发射光线的透过率分布示意图与相位分布示意图。
图14示出了本申请一实施例中的超透镜阵列的相位分布示意图。
图15示出了本申请一实施例中的超透镜阵列投射所得光斑的能量分布示意图。
图16示出了本申请一实施例中的沿X轴，过光斑中心对图15中的光斑进行截取，所得的一维线段上的光强分布示意图。
图17示出了本申请一实施例中的沿Y轴，过光斑中心对图15中的光斑进行截取，所得的一维线段上的光强分布示意图。
图18示出了本申请一实施例中的超透镜阵列的结构示意图。
图19示出了本申请一实施例中的匀光系统的结构示意图。
图20示出了本申请一实施例中的超透镜阵列获取装置的框图。
附图标记：
2-超透镜阵列；21-超透镜；3-光源。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些示例实施方式使得本申请的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本申请的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多示例实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的示例实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本申请的各方面变得模糊。
附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
在采用由多个微透镜构成的微透镜阵列进行匀光时，透镜阵列的体积通常偏大，为了降低透镜阵列的体积，相关技术中提出采用超透镜阵列取代微透镜阵列的方案。为了得到能够取代微透镜阵列的超透镜阵列，需要确定超透镜阵列中各超透镜上用于排列微纳结构的离散位置，进而确定各超透镜对应于离散位置的相位，进而在对应的离散位置处排列能够提供相应相位的微纳结构，由此生成得到用于提供所需相位的各超透镜。
表面上来看，为生成得到用于提供所需相位的各超透镜，只需要先确定各超透镜上的离散位置，再确定各超透镜对应于离散位置的相位即可。但是，需要说明的是，对于超透镜而言，并非以任意排列方式的离散位置，均能够提供出对应于离散位置的相位——某些排列方式的离散位置，会导致超透镜中部分区域的微纳结构无法以足够的衍射效率对光线进行调制，从而导致超透镜的该部分区域无法有效地按照预期对光线进行调制，从而导致超透镜无法提供所需相位，由此导致超透镜阵列生成失败或者生成的超透镜阵列无法满足预期效果。
由此可见，相关技术在生成用于匀光的超透镜阵列的过程中，由于无法稳定地使得各超透镜所对应离散位置的排列方式，总能保证各超透镜中所有的微纳结构，均能够以足够的衍射效率对光线进行调制，由此导致相关技术无法稳定高效地生成所需的超透镜阵列。
出于克服相关技术所存在上述缺陷的考虑，本申请提供了一种超透镜阵列获取方法。图1示出了本申请所提供的超透镜阵列获取方法的流程图。参见图1，本申请所提供的超透镜阵列获取方法包括：
步骤S110、按照为超透镜阵列中的各超透镜配置的采样周期，确定各超透镜上用于排列微纳结构的离散位置；
步骤S120、获取各超透镜在对应离散位置处的相位，以使得光源所发射光线经超透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角；
步骤S130、基于各超透镜在对应离散位置处的相位，获取各超透镜对应的采样周期阈值；
步骤S140、针对对应采样周期大于对应采样周期阈值的超透镜，优化其采样周期，并更新其对应离散位置、其在对应离散位置处的相位以及其采样周期阈值，直到其采样周期小于或等于其采样周期阈值；
步骤S150、在针对采样周期完成优化之后，按照各超透镜在对应离散位置处的相位，获取用于对光源进行匀光的超透镜阵列。
本申请实施例中，目标获取的超透镜阵列包括多个超透镜；每一个超透镜包括基底和位于基底表面的超结构单元，超结构单元的顶点和/或中心设置有微纳结构，微纳结构之间的填充材料为空气或者其他在工作波段透明的材料。
本申请实施例中，预先为超透镜阵列中的各超透镜，配置对应的采样周期。其中，采样周期主要用于描述相邻微纳结构之间的距离(例如：若采样周期为500nm，则相邻微纳结构之间的距离便是500nm)。并且，为不同超透镜配置的采样周期，可以相同，也可以不相同(例如：可以将所有超透镜的采样周期均配置为500nm；也可以将其中一部分超透镜的采样周期配置为500nm，将另一部分超透镜的采样周期配置为550nm)。
在确定为各超透镜配置的采样周期之后，即可按照所得采样周期，对超透镜进行采样，由此确定各超透镜上用于排列微纳结构的离散位置。
在确定各超透镜对应的离散位置之后，获取各超透镜在对应离散位置处的相位，以使得按照所得相位生成对应的超透镜阵列后，光源所发射光线入射至该超透镜阵列，并经该超透镜阵列调制后，所得的出射光线满足预期的匀光性能以及预期的发散角。
表面上来看，先确定采样周期，再确定对应于采样周期的离散位置，再获取对应于离散位置的相位，最终即可生成目标获取的超透镜阵列。但是，需要说明的是，为了使得所生成的超透镜阵列能够有效地实现预期的光线调制功能，需要保证各超透镜均能够有效地按照预期对光线进行调制。然而，对于各超透镜而言，并非以任意的采样周期，均能够提供对应于离散位置的相位；也就是说，需要控制“采样周期”与“对应于离散位置的相位”满足一定条件，否则超透镜将无法有效地按照预期对光线进行调制。进一步的，对于各超透镜而言，需要控制“采样周期”小于或等于某一特定阈值(该特定阈值需要与“对应于离散位置的相位”相匹配)，由此使得各超透镜能够有效地按照预期对光线进行调制。本申请实施例中，将该特定阈值描述为“采样周期阈值”。
于是在得到各超透镜在对应离散位置处的相位之后，基于各超透镜在对应离散位置处的相位，获取各超透镜对应的采样周期阈值。然后将各超透镜对应的采样周期阈值，与对应超透镜的采样周期进行对比。
若某一超透镜的采样周期小于或等于对应的采样周期阈值，则说明该超透镜已经能够有效地按照预期对光线进行调制，则无需对其采样周期进行变更。
而若某一超透镜的采样周期大于对应的采样周期阈值，则说明该超透镜的采样周期偏大，无法有效地按照预期对光线进行调制，因此减小其采样周期。由于采样周期发生变动之后，该超透镜对应的离散位置以及该超透镜在对应离散位置处的相位，也均会随之发生变动；并且，该超透镜的最大的相位梯度绝对值，也有可能随之发生变动，进而导致该超透镜的采样周期阈值也有可能随之发生变动。因此，在减小该超透镜的采样周期之后，适应性地更新其对应离散位置、其在对应离散位置处的相位以及其采样周期阈值，然后再将更新后的采样周期阈值与减小后的采样周期进行对比。若减小后的采样周期大于更新后的采样周期阈值，则再进一步减小采样周期，再一次更新采样周期阈值，进而再将二者进行对比。如此往复，直到减小后的采样周期小于或等于更新后的采样周期阈值，由此使得该超透镜也能够有效地按照预期对光线进行调制。
在针对采样周期完成优化之后，每一超透镜的采样周期均小于或等于其采样周期阈值；即，在针对采样周期完成优化之后，每一超透镜均能够有效地按照预期对光线进行调制。由此，进一步地按照各超透镜在对应离散位置处的相位，筛选出能够提供相应相位的微纳结构，再将筛选所得微纳结构排列在相匹配的离散位置处，即可稳定高效地得到能够有效地按照预期对光线进行调制的各超透镜，由此，稳定高效地得到用于对光源进行匀光的超透镜阵列。
在一实施例中，基于各超透镜在对应离散位置处的相位，获取各超透镜对应的采样周期阈值，包括：
基于各超透镜在对应离散位置处的相位，计算各超透镜在对应离散位置处的相位梯度，并确定各超透镜的相位梯度绝对值的最大值；
使用π分别除以各超透镜的相位梯度绝对值的最大值，得到各超透镜对应的采样周期阈值。
本实施例中，采样周期阈值等于π除以对应超透镜的相位梯度绝对值的最大值。
详细的，为使得超透镜能够有效地按照预期对光线进行调制，超透镜对应的采样周期与超透镜在对应离散位置处的相位，需要满足以下条件：
其中，代表超透镜在对应离散位置处的相位梯度，/>则代表超透镜的相位梯度绝对值的最大值，p代表超透镜的采样周期。
当时，超透镜中/>大于/>的部分区域，其功能相当于衍射效率偏低的二阶光栅，由此导致超透镜中/>大于/>的部分区域中的微纳结构，无法以足够的衍射效率对光线进行调制，从而导致超透镜的这一部分区域无法有效地按照预期对光线进行调制。
因此，各超透镜需要满足条件显然，条件/>可以转化为条件/>于是，各超透镜对应的采样周期阈值即为/>
于是本实施例中，为了获取各超透镜对应的采样周期阈值，在得到各超透镜在对应离散位置处的相位之后，在此基础上计算得到各超透镜在对应离散位置处的相位梯度。详细的，由于各超透镜对应的采样周期，即描述了对应超透镜上相邻微纳结构之间的距离，也即描述了对应超透镜上相邻离散位置对应的距离差。因此，本实施例中，可以结合各超透镜对应的采样周期以及各超透镜在对应离散位置的相位，进而确定超透镜上相邻离散位置对应的距离差以及相位差；然后根据相位差除以对应的距离差所得的比值，即可得到在对应离散位置处的相位梯度。
得到各超透镜在对应离散位置处的相位梯度之后，即可确定各超透镜的相位梯度绝对值的最大值，然后再使用π分别除以各超透镜的相位梯度绝对值的最大值，即得到各超透镜对应的采样周期阈值。
图2示出了本申请一实施例中的超透镜阵列中的各超透镜的排列方式。参见图2，在一实施例中，预先对各超透镜进行周期性排列，并将各超透镜配置为统一尺寸。
详细的，在图2中，各超透镜相互紧邻；在纵向上整齐排列，在横向上也整齐排列；各超透镜在纵向上的尺寸相等(即，a1＝a2＝a3＝…＝am，m为大于1的整数)，在横向上的尺寸相等(即，b1＝b2＝b3＝…＝bn，n为大于1的整数)。由此使得各超透镜不仅尺寸一致，而且呈周期性排列。
图3示出了本申请一实施例中的超透镜阵列中的各超透镜的排列方式；图4示出了本申请一实施例中的超透镜阵列中的各超透镜的排列方式。参见图3与图4，在一实施例中，预先将各超透镜配置为在第一方向上整齐排列，在第二方向上整齐排列，并将每一对相邻的超透镜配置为两种不同的尺寸，其中，第一方向与第二方向垂直。
详细的，在图3和图4中，各超透镜相互紧邻；在纵向上整齐排列，在横向上也整齐排列；并且，各超透镜在纵向上的尺寸互不相同(即，a1≠a2≠a3≠…≠am，m为大于1的整数)，在横向上的尺寸互不相同(即，b1≠b2≠b3≠…≠bn，n为大于1的整数)。由此使得各超透镜不仅在纵向上与在横向上均整齐排列，而且每一对相邻的超透镜的尺寸均不同。
相比于图2所对应实施例中周期性排列的方式，本实施例提高了各超透镜的排列自由度，允许光源所发射光线存在更大的偏差，由此降低了超透镜阵列对于光源的敏感度。
图5示出了本申请一实施例中的超透镜阵列中的各超透镜的排列方式。参见图5，在一实施例中，预先将各超透镜配置为在第一方向上整齐排列，在第二方向上错落排列，并将每一对相邻的超透镜配置为两种不同的尺寸。
详细的，在图5中，各超透镜相互紧邻；在纵向上整齐排列，在横向上错落排列；并且，各超透镜在纵向上的尺寸互不相同(即，a1≠a2≠a3≠…≠am，m为大于1的整数)，在横向上的尺寸互不相同(即，b1≠b2≠b3≠…≠bn，n为大于1的整数)。由此使得各超透镜不仅在纵向上整齐排列，在横向上错落排列，而且每一对相邻的超透镜的尺寸均不同。
相比于图3和图4所对应实施例中双向均整齐排列的方式，本实施例进一步提高了各超透镜的排列自由度，由此进一步降低了超透镜阵列对于光源的敏感度。
在一实施例中，预先对各超透镜的尺寸以及分布位置进行随机配置。
相比于图5所对应实施例中第一方向整齐排列第二方向错落排列的方式，通过随机配置各超透镜的尺寸以及分布位置，本实施例进一步提高了各超透镜的排列自由度，由此进一步降低了超透镜阵列对于光源的敏感度。
在一实施例中，获取各超透镜在对应离散位置处的相位，包括：
按照为各超透镜配置的分布位置以及尺寸，配置初始化的超透镜阵列，其中，初始化的超透镜阵列包括至少两个初始化的超透镜；
对各初始化的超透镜进行优化，使得光源所发射光线经初始化的超透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角，输出各超透镜在对应离散位置处的相位。
本实施例中，针对目标获取的超透镜阵列，除了预先配置各超透镜的采样周期之外，还预先配置各超透镜的分布位置以及尺寸。于是在需要获取各超透镜在对应离散位置处的相位时，可以在光学系统仿真软件中，按照为各超透镜配置的分布位置以及尺寸，模拟得到初始化的超透镜阵列。初始化的超透镜阵列包括多个初始化的超透镜。
然后针对各初始化的超透镜，修改其中与相位相关的参数，由此对各初始化的超透镜进行优化。优化的同时，对光源所发射光线入射至初始化的超透镜阵列进行模拟，确认经初始化的超透镜阵列调制所得的出射光线是否满足预期的匀光性能以及预期的发散角。不断地对各初始化的超透镜进行参数修改，直到经初始化的超透镜阵列调制所得的出射光线满足预期的匀光性能以及预期的发散角，然后即可得到各超透镜在对应离散位置处的相位。
在一实施例中，获取各超透镜在对应离散位置处的相位，包括：
按照为各超透镜配置的分布位置以及尺寸，配置微透镜阵列中的各微透镜的分布位置以及尺寸，各超透镜与各微透镜一一匹配；
对各微透镜进行优化，使得光源所发射光线经微透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角，输出各优化后微透镜；
读取光源所发射光线在各优化后微透镜上的入射角分布以及出射角分布，并基于入射角分布以及出射角分布，计算各优化后微透镜上的相位分布；
基于各优化后微透镜上的相位分布，获取各超透镜在对应离散位置处的相位。
考虑到在某些光学系统仿真软件中，不便对超透镜中与相位相关的参数进行修改，由此导致难以直接对超透镜的相位进行优化，进而导致难以直接得到满足预期效果的各超透镜在对应离散位置处的相位。于是本实施例中，通过对与超透镜阵列相匹配的微透镜阵列进行参数修改，间接地得到满足预期效果的各超透镜在对应离散位置处的相位，由此以适应这些不便对超透镜中与相位相关的参数进行修改的光学系统仿真软件。
详细的，本实施例中，针对目标获取的超透镜阵列，除了预先配置各超透镜的采样周期之外，还预先配置各超透镜的分布位置以及尺寸。于是在需要获取各超透镜在对应离散位置处的相位时，在光学系统仿真软件中，先按照各超透镜的分布位置以及尺寸，配置微透镜阵列中的各微透镜的分布位置以及尺寸，各超透镜与各微透镜一一匹配。即，微透镜在微透镜阵列中的分布位置，与相匹配超透镜在超透镜阵列中的分布位置保持一致；并且，微透镜的尺寸，与相匹配超透镜的尺寸保持一致。
配置完成各微透镜的分布位置以及尺寸之后，在光学系统仿真软件中，按照各微透镜的面型，调整能够影响其光学性能的特征参数，由此对各微透镜进行优化。其中，各微透镜的面型可以选取为非球面，也可以选取为二元面，也可以选取为网格相位表面，也可以选取为网格矢高表面。优化的目标，便是使得光源所发射光线入射至微透镜阵列后，经微透镜阵列调制所得的出射光线满足预期的匀光性能以及预期的发散角，由此输出得到各优化后微透镜。
在对各微透镜进行优化的同时，也模拟着光源所发射光线先入射至微透镜阵列再由微透镜阵列出射的情况。因此，在输出得到各优化后微透镜之后，通过光学系统仿真软件，可以直接读取出光源所发射光线在各优化后微透镜上的入射角分布以及出射角分布。在所得的入射角分布以及出射角分布的基础上，应用广义斯涅尔定理，即可计算得到各优化后微透镜上的相位分布。
由各优化后微透镜构成的微透镜阵列，能够将光源所发射光线调制为满足预期的匀光性能以及预期的发散角的出射光线，因此各优化后微透镜上的相位分布，即为各超透镜所需的相位分布。因此在计算得到各优化后微透镜上的相位分布后，即可在此基础上，获取各超透镜在对应离散位置处的相位。
在一实施例中，对各微透镜进行优化，使得光源所发射光线经微透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角，包括：
通过优化各微透镜的圆锥系数以及曲率半径，使得光源所发射光线经微透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角。
本实施例中，各微透镜的面型为非球面。在这种情况下，以使得光源所发射光线入射至微透镜阵列后，经微透镜调制所得的出射光线满足预期的匀光性能以及预期的发散角为目标，对各微透镜的圆锥系数以及曲率半径进行修改，由此实现对于各微透镜的优化。
在一实施例中，基于入射角分布以及出射角分布，计算各优化后微透镜上的相位分布，包括：
基于入射面所处介质的折射率、出射面所处介质的折射率、入射角分布以及出射角分布，计算各优化后微透镜在其上各位置处的相位梯度；
基于各优化后微透镜在其上各位置处的相位梯度，计算得到各优化后微透镜在其上各位置处的相位。
本实施例中，光源所发射光线在各优化后微透镜上的入射角分布，指的是光源所发射光线在各优化后微透镜上的多个位置处的入射角；同理，光源所发射光线在各优化后微透镜上的出射角分布，指的是光源所发射光线在各优化后微透镜上的多个位置处的出射角。
由于应用广义斯涅尔定理，结合入射面所处介质的折射率、出射面所处介质的折射率、入射角分布以及出射角分布，即可计算得到各优化后微透镜在其上各位置处的相位梯度。其中，入射面所处介质的折射率，为微透镜材料的折射率；出射面所处介质的折射率，一般为空气或真空的折射率。
计算得到各位置处的相位梯度之后，对相位梯度进行积分，即可计算得到对应位置处的相位，由此得到各优化后微透镜在其上各位置处的相位。
详细的，针对微透镜的光线调制面所对应的二维面，将该二维面所对应二维坐标系中的两个坐标轴，分别记为X轴与Y轴；X轴与Y轴相互垂直。
若目标在X轴上进行匀光，则可以采用如下公式，计算得到各优化后微透镜在其上各位置处的沿X轴的相位梯度：
其中，k为波数，nt为出射面所处介质的折射率，sinθt为对应位置处的出射角，ni为入射面所处介质的折射率，sinθi为对应位置处的入射角，为对应位置处的沿X轴的相位梯度。
按照上述公式，计算得到各优化后微透镜在其上各处位置处的沿X轴的相位梯度后，沿X轴对相位梯度/>进行积分，即计算得到各优化后微透镜在其上各位置处的用于在X轴上进行匀光的相位。
同理于目标在X轴上进行匀光的情况，在此不再赘述目标在Y轴上进行匀光时的相位计算过程。需要说明的是，在X轴上进行匀光，与在Y轴上进行匀光，相互独立。因此在一实施例中，根据匀光需求，可以仅针对在X轴上进行匀光的相位分布进行优化、计算，也可以仅针对在Y轴上进行匀光的相位分布进行优化、计算，也可以并列地对二者进行优化、计算。
在一实施例中，各优化后微透镜上的相位分布，与相匹配超透镜对应的离散位置一一匹配；基于各优化后微透镜上的相位分布，获取各超透镜在对应离散位置处的相位，包括：
按照各超透镜与各微透镜之间的匹配关系，将各优化后微透镜上的相位分布，一一赋值到相匹配超透镜对应的离散位置，得到各超透镜在对应离散位置处的相位。
本实施例中，各优化后微透镜在其上各位置处的相位，与相匹配超透镜对应的离散位置一一匹配。具体的，可以在读取入射角分布以及出射角分布的时候，便是按照相匹配超透镜对应的离散位置进行读取，或者按照相匹配超透镜的采样周期进行读取，由此使得所读取入射角/出射角的位置，与相匹配超透镜对应的离散位置一一匹配，进而使得由所读取入射角/出射角计算所得的相位，与相匹配超透镜对应的离散位置一一匹配。
在这种情况下，计算得到各优化后微透镜在其上各位置处的相位后，直接一一赋值到相匹配超透镜对应的离散位置，即得到各超透镜在对应离散位置处的相位。
在一实施例中，基于各优化后微透镜上的相位分布，获取各超透镜在对应离散位置处的相位，包括：
对各优化后微透镜上的相位分布进行拟合，得到各优化后微透镜对应的相位表达函数；
基于各优化后微透镜对应的相位表达函数，获取各超透镜在对应离散位置处的相位。
本实施例适用于如下情况：各优化后微透镜在其上各位置处的相位，与相匹配超透镜对应的离散位置并不一一匹配。具体的，在读取入射角分布以及出射角分布的时候，既不是按照相匹配超透镜对应的离散位置进行读取，也不是按照相匹配超透镜的采样周期进行读取，由此导致所读取入射角/出射角的位置，与相匹配超透镜对应的离散位置不一一匹配。
在这种情况下，无法直接将计算得到的各优化后微透镜在其上各位置处的相位一一赋值到相匹配超透镜对应的离散位置。因此，在这种情况下，先对各优化后微透镜在其上各位置处的相位进行拟合，得到各优化后微透镜对应的相位表达函数。
得到各优化后微透镜对应的相位表达函数之后，可以按照相匹配超透镜对应的离散位置，确定优化后微透镜上与这些离散位置相匹配的位置，然后再使用优化后微透镜的相位表达函数，计算优化后微透镜在这些位置上的相位，然后再一一赋值到相匹配超透镜对应的离散位置，由此得到各超透镜在对应离散位置处的相位。
或者，得到各优化后微透镜对应的相位表达函数之后，可以将优化后微透镜的相位表达函数，作为相匹配超透镜的相位表达函数，然后再根据相匹配超透镜的相位表达函数，计算得到超透镜在对应离散位置处的相位。
按照如上所提供的超透镜阵列获取方法，本申请示例性地提供了两个获取超透镜阵列的完整实施例，接下来对这两个完整实施例进行详细展示。需要说明的是，这两个完整实施例主要是用于展示本申请所提供方法的可选的完整实施方式以及相应的具体效果，不应对本申请的使用范围与功能造成限制。
实施例1
本实施例中，目标获取的超透镜阵列，是针对在940nm波长处工作的垂直腔表面发射激光器VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)阵列，进行X轴方向全角80度的匀光，以及Y轴方向全角100度的匀光。
本实施例中，按照图2所示排列方式，对各超透镜的分布位置以及尺寸进行配置，并按照同样的排列方式，对各微透镜的分布位置以及尺寸进行配置。具体的，各超透镜被配置为正方形，尺寸为100μm*100μm；同样的，各微透镜被配置为正方形，尺寸为100μm*100μm。
在Zemax中对VCSEL阵列进行模拟，并对微透镜阵列进行模拟，进而采用微透镜阵列对VCSEL阵列所发射光线进行匀光模拟。本实施例中，VCSEL阵列所发射光线的发散角，以半高全宽的方式计算，其半角约12度，与目标需求的X轴方向全角80度以及Y轴方向全角100度，均存在一定差距，因此，微透镜阵列除了需要对VCSEL阵列所发射光线进行匀光之外，还需要对VCSEL阵列所发射光线进行扩束，以满足预期的发散角。
于是对各微透镜的圆锥系数以及曲率半径进行优化，最终优化所得的优化后各微透镜，其圆锥系数位于-0.9至-1.2之间，X轴方向的曲率半径位于0.02～0.03mm之间，Y轴方向的曲率半径位于0.01～0.02mm之间。
按照优化后各微透镜对VCSEL阵列所发射光线进行调制，并将调制所得的出射光线，在距离VCSEL阵列500mm处的二维面处进行投射。图6示出了优化后各微透镜投射所得光斑的能量分布示意图。图6中，横轴代表对应位置在X轴上的坐标，单位为mm；纵轴代表对应位置在Y轴上的坐标，单位为mm。图7示出了沿X轴，过光斑中心对图6中的光斑进行截取，所得的一维线段上的光强分布示意图。图7中，横轴代表对应位置在X轴上的坐标，单位为mm；纵轴代表对应位置的非相干辐照度，单位为W·m-2。图8示出了沿Y轴，过光斑中心对图6中的光斑进行截取，所得的一维线段上的光强分布示意图。图8中，横轴代表对应位置在Y轴上的坐标，单位为mm；纵轴代表对应位置的非相干辐照度，单位为W·m-2。
由图7可见，以半高全宽的方式计算，优化后各微透镜对应的X轴方向上的出射光线，其满足匀光性能的半角约为度，即半角约为40度(全角约为80度)。由图8可见，以半高全宽的方式计算，优化后各微透镜对应的Y轴方向上的出射光线，其满足匀光性能的半角约为/>度，即半角约为50度(全角约为100度)。由此可见，优化后各微透镜调制所得的出射光线，满足预期的匀光性能以及预期的发散角(X轴方向全角80度的匀光，Y轴方向全角100度的匀光)。
然后读取优化后各微透镜的入射角分布以及出射角分布，应用广义斯涅尔定理，计算得到优化后各微透镜上的相位分布，进而在此基础上确定各超透镜上对应离散位置处的相位。然后筛选出能够提供相应相位的微纳结构，并将所得微纳结构排列在对应离散位置处，由此得到功能完整的各超透镜。
图9示出了本实施例所得到的各超透镜的相位分布示意图。图9中，横轴与纵轴均代表微纳结构的采样点数，无单位。图10示出了在本实施例所得到的各超透镜中，70～155nm的半径范围内的微纳结构对于VCSEL阵列所发射光线的透过率分布示意图与相位分布示意图。图10中，横轴代表对应位置的微纳结构的半径，即，对应位置的微纳结构至超透镜中心的距离，单位为nm；纵轴既可以代表对应位置的微纳结构对于VCSEL阵列所发射光线的透过率，又可以代表对应位置的微纳结构对于VCSEL阵列所发射光线所提供的相位；纵轴代表透过率时，单位为100％；纵轴代表相位时，单位为2π弧度；图10中，曲线TR代表透过率分布曲线，曲线PH代表相位分布曲线。
本实施例中，各超透镜的采样周期为500nm，由此结合图9可见，本实施例中所得的各超透镜呈正方形，且其尺寸为100μm*100μm。由图10可见，各超透镜中，70～155nm的半径范围内的微纳结构，对于VCSEL阵列所发射光线的平均透过率为95％，且相位覆盖约为2π，由此说明各超透镜具有良好的透过率以及相位覆盖性能。
对所得各超透镜进行排列，得到由15*15个相同超透镜构成的呈正方形的超透镜阵列。该超透镜阵列的尺寸为1.5mm*1.5mm。
按照所得超透镜阵列对VCSEL阵列所发射光线进行调制，并将调制所得的出射光线，在距离VCSEL阵列1m处的二维面处进行投射。图11示出了本实施例中的超透镜阵列投射所得光斑的能量分布示意图。图11中，横轴代表对应位置在X轴上的坐标，单位为mm；纵轴代表对应位置在Y轴上的坐标，单位为mm。图12示出了分别沿X轴和Y轴，过光斑中心对图11中的光斑进行截取，所得的一维线段上的光强分布示意图。图12中，横轴代表X轴上对应位置的投射角度，或Y轴上对应位置的投射角度，单位为度；纵轴代表对应位置的归一化的光强，无单位。图12中，曲线x代表沿X轴截取所得的一维线段上的光强分布示意图，曲线y代表沿Y轴截取所得的一维线段上的光强分布示意图。
由图12可见，本实施例中，以半高全宽的方式计算，超透镜阵列对应的X轴方向上的出射光线，其满足匀光性能的半角约为42度(全角约为84度)；超透镜阵列对应的Y轴方向上的出射光线，其满足匀光性能的半角约为53度(全角约为106度)。由此可见，本实施例中，超透镜阵列调制所得的出射光线，满足预期的匀光性能以及预期的发散角(X轴方向全角80度的匀光，Y轴方向全角100度的匀光)。
实施例2
本实施例中，目标获取的超透镜阵列，是针对在850nm波长处工作的VCSEL阵列，进行X轴方向全角58度的匀光，以及Y轴方向全角44度的匀光。
本实施例中，随机地对各超透镜的分布位置以及尺寸进行配置，并按照同样的排列方式，对各微透镜的分布位置以及尺寸进行配置。具体的，各超透镜的口径被随机配置在60μm～100μm之间；同样的，各微透镜的口径被配置在60μm～100μm之间。
在Zemax中对VCSEL阵列进行模拟，并对微透镜阵列进行模拟，进而采用微透镜阵列对VCSEL阵列所发射光线进行匀光模拟。本实施例中，VCSEL阵列所发射光线的发散角，以半高全宽的方式计算，其半角约10度，与目标需求的X轴方向全角58度以及Y轴方向全角44度，均存在一定差距。
于是对各微透镜的圆锥系数以及曲率半径进行优化，最终优化所得的优化后各微透镜，其圆锥系数位于-0.9～-1.2之间，X轴方向的曲率半径位于0.03～0.04mm之间，Y轴方向的曲率半径位于0.035～0.04mm之间。
然后读取优化后各微透镜的入射角分布以及出射角分布，应用广义斯涅尔定理，计算得到优化后各微透镜上的相位分布，进而在此基础上确定各超透镜上对应离散位置处的相位。然后筛选出能够提供相应相位的微纳结构，并将所得微纳结构排列在对应离散位置处，由此得到功能完整的各超透镜。
图13示出了在本实施例所得到的各超透镜中，70～130nm的半径范围内的微纳结构对于VCSEL阵列所发射光线的透过率分布示意图与相位分布示意图。图13中，横轴代表对应位置的微纳结构的半径，即，对应位置的微纳结构至超透镜中心的距离，单位为nm；纵轴代表对应位置的微纳结构对于VCSEL阵列所发射光线的透过率时，单位为100％；纵轴代表对应位置的微纳结构对于VCSEL阵列所发射光线所提供的相位时，单位为2π弧度；图13中，曲线TR代表透过率分布曲线，曲线PH代表相位分布曲线。
由图13可见，各超透镜中，70～130nm的半径范围内的微纳结构，对于VCSEL阵列所发射光线的平均透过率为95％，且相位覆盖约为2π，由此说明各超透镜具有良好的透过率以及相位覆盖性能。
对所得各超透镜进行排列，得到对应的超透镜阵列。图14示出了本实施例中的超透镜阵列的相位分布示意图。由图14可见，本实施例中的超透镜阵列，由19*19个长和宽均不同的超透镜构成；该超透镜阵列呈正方形，且尺寸为1.2mm*1.2mm。
按照所得超透镜阵列对VCSEL阵列所发射光线进行调制，并将调制所得的出射光线，在距离VCSEL阵列1m处的二维面处进行投射。图15示出了本实施例中的超透镜阵列投射所得光斑的能量分布示意图。图15中，横轴代表对应位置在X轴上的坐标，单位为度；纵轴代表对应位置在Y轴上的坐标，单位为度。图16示出了沿X轴，过光斑中心对图15中的光斑进行截取，所得的一维线段上的光强分布示意图。图16中，横轴代表对应位置在X轴上的位置，单位为度；纵轴代表对应位置的归一化的光强，无单位。图17示出了沿Y轴，过光斑中心对图15中的光斑进行截取，所得的一维线段上的光强分布示意图。图17中，横轴代表对应位置在Y轴上的位置，单位为度；纵轴代表对应位置的归一化的光强，无单位。
由图16可见，本实施例中，以半高全宽的方式计算，超透镜阵列对应的X轴方向上的出射光线，其满足匀光性能的半角约为30度(全角约为60度)。由图17可见，本实施例中，以半高全宽的方式计算，超透镜阵列对应的Y轴方向上的出射光线，其满足匀光性能的半角约为23度(全角约为46度)。由此可见，本实施例中，超透镜阵列调制所得的出射光线，满足预期的匀光性能以及预期的发散角(X轴方向全角58度的匀光，Y轴方向全角44度的匀光)。
本申请还提供了一种超透镜阵列，该超透镜阵列由上述任一方法实施例所提供的方法生成得到，该超透镜阵列用于对光源所发射光线进行匀光。参见上述任一项方法实施例的具体实施方式，在此不再赘述该超透镜阵列的生成过程。
图18示出了本申请一实施例中的超透镜阵列的结构示意图。参见图18，在一实施例中，超透镜阵列2包括多个超透镜21，每一个超透镜21包括基底和位于基底表面的超结构单元，超结构单元的顶点和/或中心设置有微纳结构(图18中的黑色结构)，微纳结构之间的填充材料为空气或者其他在工作波段透明的材料。
可以理解的，图18所示出的超透镜阵列只是示例性的。对于本申请所提供的超透镜阵列，图18不应对其形状、其所包含超透镜的数量、其所包含超透镜的形状、其所包含超透镜的排列方式、其所包含超透镜上的微纳结构的形状、其所包含超透镜上的微纳结构的数量等造成限制。
本申请还提供了一种匀光系统，该匀光系统包括：光源；用于对光源所发射光线进行匀光的超透镜阵列。该超透镜阵列由上述任一项方法实施例所提供的方法生成得到。
图19示出了本申请一实施例中的匀光系统的结构示意图。参见图19，在一实施例中，匀光系统包括：光源3以及超透镜阵列2。超透镜阵列2包括多个超透镜21，每一个超透镜21包括基底和位于基底表面的超结构单元，超结构单元的顶点和/或中心设置有微纳结构(图19中的黑色结构)，微纳结构之间的填充材料为空气或者其他在工作波段透明的材料。
在该匀光系统中，光沿着该匀光系统的物侧(A)传播至该匀光系统的像侧(A’)，具体地，光源3所发射光线入射至超透镜阵列2，经超透镜阵列2的调制，所得的出射光线满足预期的匀光性能以及预期的发散角。在图19中，微纳结构设于超透镜21朝向光源3的表面，但并不代表微纳结构只能设于超透镜21朝向光源3的表面；在其他实施例中，微纳结构也可以设于超透镜21背向光源3的表面。
可以理解的，图19示出的匀光系统只是示例性的。对于本申请所提供的匀光系统，图19不应对其微纳结构所处的表面、其微纳结构的形状、其超透镜阵列中所包含超透镜的数量等造成限制。
图20示出了本申请所提供的超透镜阵列获取装置的框图。本申请所提供的超透镜阵列获取装置，目标获取的超透镜阵列包括至少两个超透镜，每一个超透镜包括基底和位于所述基底的微纳结构；参见图20，本申请所提供的超透镜阵列获取装置包括：
离散位置确定模块410，配置为按照为超透镜阵列中的各超透镜配置的采样周期，确定各超透镜上用于排列微纳结构的离散位置；
超透镜相位获取模块420，配置为获取各超透镜在对应离散位置处的相位，以使得光源所发射光线经超透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角；
采样周期阈值获取模块430，配置为基于各超透镜在对应离散位置处的相位，获取各超透镜对应的采样周期阈值；
采样周期优化模块440，配置为针对对应采样周期大于对应采样周期阈值的超透镜，优化其采样周期，并更新其对应的离散位置、其在对应离散位置处的相位以及其采样周期阈值，直到其采样周期小于或等于其采样周期阈值；
超透镜阵列获取模块450，配置为在针对采样周期完成优化之后，按照各超透镜在对应离散位置处的相位，获取用于对光源进行匀光的超透镜阵列。
在本申请的一示例性实施例中，采样周期阈值获取模块430配置为：
基于所述各超透镜在对应离散位置处的相位，计算所述各超透镜在对应离散位置处的相位梯度，并确定所述各超透镜的相位梯度绝对值的最大值；
使用π分别除以所述各超透镜的相位梯度绝对值的最大值，得到所述各超透镜对应的采样周期阈值。
在本申请的一示例性实施例中，超透镜相位获取模块420配置为：
按照为所述各超透镜配置的分布位置以及尺寸，配置初始化的超透镜阵列，其中，所述初始化的超透镜阵列包括至少两个初始化的超透镜；
对各初始化的超透镜进行优化，使得光源所发射光线经所述初始化的超透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角，输出所述各超透镜在对应离散位置处的相位。
在本申请的一示例性实施例中，超透镜相位获取模块420配置为：
按照为各超透镜配置的分布位置以及尺寸，配置微透镜阵列中的各微透镜的分布位置以及尺寸，各超透镜与各微透镜一一匹配；
对各微透镜进行优化，使得光源所发射光线经微透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角，输出各优化后微透镜；
读取光源所发射光线在各优化后微透镜上的入射角分布以及出射角分布，并基于入射角分布以及出射角分布，计算各优化后微透镜上的相位分布；
基于各优化后微透镜上的相位分布，获取各超透镜在对应离散位置处的相位。
在本申请的一示例性实施例中，超透镜相位获取模块420配置为：
通过优化各微透镜的圆锥系数以及曲率半径，使得光源所发射光线经微透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角。
在本申请的一示例性实施例中，超透镜相位获取模块420配置为：
基于入射面所处介质的折射率、出射面所处介质的折射率、入射角分布以及出射角分布，计算各优化后微透镜在其上各位置处的相位梯度；
基于各优化后微透镜在其上各位置处的相位梯度，计算得到各优化后微透镜在其上各位置处的相位。
在本申请的一示例性实施例中，各优化后微透镜上的相位分布，与相匹配超透镜对应的离散位置一一匹配；超透镜相位获取模块420配置为：
按照各超透镜与各微透镜之间的匹配关系，将各优化后微透镜上的相位分布，一一赋值到相匹配超透镜对应的离散位置，得到各超透镜在对应离散位置处的相位。
在本申请的一示例性实施例中，超透镜相位获取模块420配置为：
对各优化后微透镜上的相位分布进行拟合，得到各优化后微透镜对应的相位表达函数；
基于各优化后微透镜对应的相位表达函数，获取各超透镜在对应离散位置处的相位。
在本申请的一示例性实施例中，本申请所提供装置还配置为：
预先对各超透镜进行周期性排列，并将各超透镜配置为统一尺寸；或者，
预先将各超透镜配置为在第一方向上整齐排列，在第二方向上整齐排列，并将每一对相邻的超透镜配置为两种不同的尺寸，其中，第一方向与第二方向垂直；或者，
预先将各超透镜配置为在第一方向上整齐排列，在第二方向上错落排列，并将每一对相邻的超透镜配置为两种不同的尺寸；或者，
预先对各超透镜的尺寸以及分布位置进行随机配置。
本申请还提供了一种电子设备。该电子设备以通用计算设备的形式表现。电子设备的组件可以包括但不限于：至少一个处理器、至少一个存储器、连接不同系统组件(包括存储器和处理器)的总线。
其中，存储器存储有程序代码，程序代码可以被处理器执行，使得处理器执行上述各种示例性实施例中所描述的示例性实施方式的步骤。例如，处理器可以执行图1中所示的各个步骤，处理器也可以包括图20中所示的各个模块，并执行为图20中所示的各个模块所配置的步骤，由此支持图20中所示的各个模块的实现。
存储器可以包括易失性存储器形式的可读介质，例如随机存取存储器(RAM)和/或高速缓存存储器，还可以进一步包括只读存储器(ROM)。
存储器还可以包括具有一组(至少一个)程序模块的程序/实用工具，这样的程序模块包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器、外围总线、图形加速端口、处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可读指令，当计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行上述任一实施例所提供的方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (14)

1.一种超透镜阵列获取方法，其特征在于，目标获取的超透镜阵列包括至少两个超透镜，每一个超透镜包括基底和位于所述基底的微纳结构；所述方法包括：
按照为所述超透镜阵列中的各超透镜配置的采样周期，确定所述各超透镜上用于排列所述微纳结构的离散位置；
获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位，以使得光源所发射光线经所述超透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角；
基于所述各超透镜在对应离散位置处的相位，获取所述各超透镜对应的采样周期阈值；
针对对应采样周期大于对应采样周期阈值的超透镜，优化其采样周期，并更新其对应离散位置、其在对应离散位置处的相位以及其采样周期阈值，直到其采样周期小于或等于其采样周期阈值；
在针对所述采样周期完成优化之后，按照所述各超透镜在对应离散位置处的相位，获取用于对所述光源进行匀光的超透镜阵列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述各超透镜在对应离散位置处的相位，获取所述各超透镜对应的采样周期阈值，包括：
基于所述各超透镜在对应离散位置处的相位，计算所述各超透镜在对应离散位置处的相位梯度，并确定所述各超透镜的相位梯度绝对值的最大值；
使用π分别除以所述各超透镜的相位梯度绝对值的最大值，得到所述各超透镜对应的采样周期阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位，包括：
按照为所述各超透镜配置的分布位置以及尺寸，配置初始化的超透镜阵列，其中，所述初始化的超透镜阵列包括至少两个初始化的超透镜；
对各初始化的超透镜进行优化，使得光源所发射光线经所述初始化的超透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角，输出所述各超透镜在对应离散位置处的相位。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位，包括：
按照为所述各超透镜配置的分布位置以及尺寸，配置微透镜阵列中的各微透镜的分布位置以及尺寸，所述各超透镜与所述各微透镜一一匹配；
对所述各微透镜进行优化，使得光源所发射光线经所述微透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角，输出各优化后微透镜；
读取所述光源所发射光线在所述各优化后微透镜上的入射角分布以及出射角分布，并基于所述入射角分布以及所述出射角分布，计算所述各优化后微透镜上的相位分布；
基于所述各优化后微透镜上的相位分布，获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述各微透镜进行优化，使得光源所发射光线经所述微透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角，包括：
通过优化所述各微透镜的圆锥系数以及曲率半径，使得所述光源所发射光线经所述微透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述入射角分布以及所述出射角分布，计算所述各优化后微透镜上的相位分布，包括：
基于入射面所处介质的折射率、出射面所处介质的折射率、所述入射角分布以及所述出射角分布，计算所述各优化后微透镜在其上各位置处的相位梯度；
基于所述各优化后微透镜在其上各位置处的相位梯度，计算得到所述各优化后微透镜在其上各位置处的相位。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述各优化后微透镜上的相位分布，与相匹配超透镜对应的离散位置一一匹配；基于所述各优化后微透镜上的相位分布，获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位，包括：
按照所述各超透镜与所述各微透镜之间的匹配关系，将所述各优化后微透镜上的相位分布，一一赋值到相匹配超透镜对应的离散位置，得到所述各超透镜在对应离散位置处的相位。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述各优化后微透镜上的相位分布，获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位，包括：
对所述各优化后微透镜上的相位分布进行拟合，得到所述各优化后微透镜对应的相位表达函数；
基于所述各优化后微透镜对应的相位表达函数，获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
预先对所述各超透镜进行周期性排列，并将所述各超透镜配置为统一尺寸；或者，
预先将所述各超透镜配置为在第一方向上整齐排列，在第二方向上整齐排列，并将每一对相邻的超透镜配置为两种不同的尺寸，其中，所述第一方向与所述第二方向垂直；或者，
预先将所述各超透镜配置为在所述第一方向上整齐排列，在所述第二方向上错落排列，并将每一对相邻的超透镜配置为两种不同的尺寸；或者，
预先对所述各超透镜的尺寸以及分布位置进行随机配置。
10.一种超透镜阵列，其特征在于，所述超透镜阵列由权利要求1至9任一项所述的方法生成得到；所述超透镜阵列用于对光源所发射光线进行匀光。
11.一种匀光系统，其特征在于，所述匀光系统包括：光源；用于对光源所发射光线进行匀光的超透镜阵列；所述超透镜阵列由权利要求1至9任一项所述的方法生成得到。
12.一种超透镜阵列获取装置，其特征在于，目标获取的超透镜阵列包括至少两个超透镜，每一个超透镜包括基底和位于所述基底的微纳结构；所述装置包括：
离散位置确定模块，配置为按照为所述超透镜阵列中的各超透镜配置的采样周期，确定所述各超透镜上用于排列所述微纳结构的离散位置；
超透镜相位获取模块，配置为获取所述各超透镜在对应离散位置处的相位，以使得光源所发射光线经所述超透镜阵列调制后，满足预期的匀光性能以及预期的发散角；
采样周期阈值获取模块，配置为基于所述各超透镜在对应离散位置处的相位，获取所述各超透镜对应的采样周期阈值；
采样周期优化模块，配置为针对对应采样周期大于对应采样周期阈值的超透镜，优化其采样周期，并更新其对应的离散位置、其在对应离散位置处的相位以及其采样周期阈值，直到其采样周期小于或等于其采样周期阈值；
超透镜阵列获取模块，配置为在针对所述采样周期完成优化之后，按照所述各超透镜在对应离散位置处的相位，获取用于对所述光源进行匀光的超透镜阵列。
13.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现如权利要求1至9任一项所述的方法。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使所述计算机执行权利要求1至9任一项所述的方法。
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