[发明专利]光学系统设计的方法及装置

权利要求书

1.一种光学系统设计方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1，根据设计要求确定光学系统的初始结构参数；

步骤S2，基于光线追迹对所述初始结构参数进行优化，获得理论结构参数；

步骤S3，对所述理论结构参数中超透镜的相位进行离散化处理，得到超透镜的离散相位；

步骤S4，基于所述离散相位进行光场传播仿真，获得光学系统的像质评价指标；

步骤S5，基于满足设计要求的像质评价指标得到目标结构参数；或基于不满足设计要求的像质评价指标重复优化得到所述目标结构参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

步骤S201，初始化光学系统的所述初始结构参数；

步骤S202，初始化光线追迹参数；

步骤S203，针对W工作波长、M个视场、每个视场下N条光线进行第w个波长、m个视场下的第n条光线进行光线追迹；其中，w＝1，…，W；m＝1，…，M；n＝1，…，N；

步骤S204，计算能量包围圆半径，从而计算目标函数的值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于光线追迹对所述初始结构参数进行优化包括使所述目标函数达到最小值；

其中，所述目标函数满足：

Tar＝∑_i＝1 c_iR_EE(FOV_I)；

其中，Tar为所述目标函数，c_i为各视场下的权重因子，R_EE(FOV_i)第i个视场下的能量包围圆半径。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

步骤S301，根据所述理论结构参数中超透镜上纳米结构在不同波长下的所需相位，在纳米结构数据库中选择纳米结构。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

步骤S401，将超透镜表面的纳米结构的离散相位根据超结构单元大小和排列方式插值，并将折射透镜等效为平面相位；

步骤S402，针对W工作波长、M个视场进行第w个视场下的光场传播至焦点区域进行仿真；

步骤S403，基于仿真结果，得到光学系统的像质评价指标。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S403包括：

步骤S4031，在焦平面得到不同视场下的点扩散函数；

步骤S4032，基于所述点扩散函数，得到光学系统的其他像质评价指标。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S5中重复优化包括：

当像质评价不满足设计要求时，则重复所述步骤S2至所述步骤S4，直到获得满足设计要求的像质评价指标。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述理论结构参数中的超透镜相位至少满足下述任一公式：

其中，λ为光波长，a_i和b_i均为所述步骤S3得到的相位系数，r为超透镜表面的中心到任一纳米结构中心的距离，(x，y)为超透镜的镜面坐标。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中对所述初始结构参数进行优化基于广义折射定律。