本發明屬于光學儀器相關，更具體地，涉及一種校正多孔徑系統場非對稱色差的超透鏡相位設計方法及基于超透鏡的多孔徑系統。

背景技術：

1、在當前數據驅動的時代，獲取超出人眼感知能力的多維度信息需求日益增長。多孔徑光學系統通過多個由不同孔徑的子透鏡構成的光學通道獲取不同維度的信息，在商業應用和學術研究領域都展現出巨大潛力。然而，多孔徑系統的非對稱特性會引入場非對稱單色像差和橫向色差，這嚴重限制了大孔徑、長焦距多孔徑系統的發展。

2、目前已有一些方法進行色差校正。采用反射式系統配合自由曲面，這種方法雖然可以有效校正像差，且無需考慮色差，但系統體積較大，裝配復雜，不適合需要小型化、簡單化的應用場景。采用折射式系統，組合不同形狀和材料的透鏡，這種方法雖然有效地校正了色差和單色像差，但往往導致光學系統結構復雜且笨重，從而限制了其在光學系統中的實際應用。使用衍射光學元件(does)，這種方法雖然提供了更緊湊的解決方案，但在多孔徑系統中加入衍射光學元件會存在加工精度低和效率差的問題，對多孔徑系統的色差校正效果并不理想。超透鏡(metalens)作為亞波長結構陣列，在操控光場方面展現出了卓越的能力，相比傳統doe，超透鏡雖然具有更高精度和效率，但卻難以解決多孔徑系統的非對稱特性所引入的場非對稱色差問題。

3、基于此本發明提出了一種多孔徑系統非對稱色差校正方法，通過簡單的方式實現了多孔徑系統中場非對稱色差的有效校正。

技術實現思路

1、針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種校正多孔徑系統場非對稱色差的超透鏡相位設計方法及基于超透鏡的多孔徑系統，其目的在于通過簡單的方式實現了多孔徑系統中場非對稱色差的有效校正。

2、為實現上述目的，本發明提供了一種校正多孔徑系統場非對稱色差的超透鏡相位設計方法，其包括：

3、根據關系式和計算超透鏡衍射相位展開表達式中的展開系數和得到超透鏡的衍射相位；式中，λ為波長，w020、w111、和為未安裝超透鏡的原始多孔徑系統的參數，w020和w111分別為系統中離焦的波像差和波前傾斜的波像差，和分別表示系統中光闌偏心量、光闌移位量、像高矢量和歸一化的瞳孔矢量，和為超透鏡的參數，和分別超透鏡實現校正所需提供的離焦的波像差和波前傾斜的波像差，和為超透鏡所提供的光闌偏心量和光闌移位量，為對波長λ的偏導數，對波長λ的偏導數；

4、對超透鏡的衍射相位進行色散相位補償，得到超透鏡實現多孔徑系統場非對稱色差校正的最終相位。

5、可選地，所述超透鏡衍射相位展開表達式為：

6、

7、

8、式中，為超透鏡的衍射相位，j>2為展開的階數，為j階展開項，ξj(λ)為j階展開項的系數，代表j階衍射相位展開表達式。

9、可選地，所述對超透鏡的衍射相位進行色散相位補償的計算公式為：

10、

11、式中，為超透鏡的衍射相位，δφmeta(λ)為超透鏡中的柱狀微結構在波長λ下傳遞的相位色散，為超透鏡的在波長λ下的最終相位。

12、可選地，每個孔徑通道對應安裝一個超透鏡，先計算出任意一個孔徑通道下的超透鏡的相位分布后，通過多孔徑系統的平面對稱性確定其他孔徑通道的超透鏡的相位分布。

13、可選地，參數為通過構建原始多孔徑系統的場非對稱色差受光闌偏心及位移影響的關系式并進行擬合所確定。

14、可選地，所述多孔徑系統的場非對稱色差受光闌偏心及位移影響的關系式：

15、

16、式中，為原始多孔徑系統的波像差系數對波長λ的偏導數，pistons為與瞳孔坐標無關的像差系數。

17、本發明還提供了一種基于超透鏡的多孔徑系統，所述多孔徑系統安裝有實現場非對稱色差校正的超透鏡，所述超透鏡的相位滿足如上任一項所述方法所設計的相位。

18、本發明還提供了一種電子設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其中，所述處理器執行所述計算機程序時實現如上任一項所述的方法的步驟。

19、本發明還提供了一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其中，所述計算機程序被處理器執行時實現如上任一項所述的方法的步驟。

20、本發明還提供了一種計算機程序產品，包括計算機程序或指令，其中，所述計算機程序或指令被處理器執行時實現如上任一項所述的方法的步驟。

21、總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，本發明主要具有以下有益效果：

22、①本發明實現了多孔徑系統場非對稱色差的高效校正，使得系統成像質量得到顯著提升。本發明通過對多孔徑系統場非對稱色差受光闌偏心及位移影響進行分析，構建出為對多孔徑系統進行色差校正時超透鏡所需提供的離焦色散項參數和橫向色散項參數與多孔徑系統參數之間的關系式，基于該關系式，可以準確計算超透鏡所需提供的離焦色散項參數和橫向色散項參數，從而實現對超透鏡相位的精確設計，最終達到對場非對稱色差的有效校正。

23、②本發明顯著簡化了多孔徑系統的結構設計，同時保證了系統的高精度裝配。這主要體現在兩個方面：一方面，相比傳統反射式系統配合自由曲面的方案，本發明采用超透鏡進行色差校正，保持了共軸式裝配方案，避免了多反射面帶來的裝配難度和系統復雜度；另一方面，相比傳統折射式系統需要組合多種形狀和材料的透鏡來校正色差，本發明僅需在原有系統基礎上添加超透鏡即可實現色差校正，既保證了校正效果，又使得系統結構更加簡單緊湊。這種結構簡化源于超透鏡獨特的相位調控能力，通過精心設計的相位分布就能實現與傳統光學系統相同的校正效果。

24、進一步地，通過構建多孔徑系統的場非對稱色差受光闌偏心及位移影響的理論模型，可以精確獲取參數

25、進一步地，通過多孔徑系統的平面對稱性確定其他孔徑通道的超透鏡的相位分布，可以提高其他孔徑通道的超透鏡的相位分布地設計效率。

技術特征：

1.一種校正多孔徑系統場非對稱色差的超透鏡相位設計方法，其特征在于，包括：

2.如權利要求1所述的用于校正多孔徑系統場非對稱色差的超透鏡相位設計方法，其特征在于，所述超透鏡衍射相位展開表達式為：

3.如權利要求1所述的用于校正多孔徑系統場非對稱色差的超透鏡相位設計方法，其特征在于，所述對超透鏡的衍射相位進行色散相位補償的計算公式為：

4.如權利要求1所述的用于校正多孔徑系統場非對稱色差的超透鏡相位設計方法，其特征在于，每個孔徑通道對應安裝一個超透鏡，先計算出任意一個孔徑通道下的超透鏡的相位分布后，通過多孔徑系統的平面對稱性確定其他孔徑通道的超透鏡的相位分布。

5.如權利要求1所述的用于校正多孔徑系統場非對稱色差的超透鏡相位設計方法，其特征在于，參數為通過構建原始多孔徑系統的場非對稱色差受光闌偏心及位移影響的關系式并進行擬合所確定。

6.如權利要求5所述的用于校正多孔徑系統場非對稱色差的超透鏡相位設計方法，其特征在于，所述多孔徑系統的場非對稱色差受光闌偏心及位移影響的關系式：

7.一種基于超透鏡的多孔徑系統，其特征在于，所述多孔徑系統安裝有實現場非對稱色差校正的超透鏡，所述超透鏡的相位滿足如權利要求1至6任一項所述方法所設計的相位。

8.一種電子設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序時實現如權利要求1至6中任一項所述的方法的步驟。

9.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執行時實現如權利要求1至6中任一項所述的方法的步驟。

10.一種計算機程序產品，包括計算機程序或指令，其特征在于，所述計算機程序或指令被處理器執行時實現如權利要求1至6任一項所述的方法的步驟。

技術總結
本發明屬于光學儀器相關技術領域，其公開了一種校正多孔徑系統場非對稱色差的超透鏡相位設計方法及基于超透鏡的多孔徑系統，超透鏡相位設計方法包括：根據關系式和計算超透鏡衍射相位展開表達式中的展開系數和得到超透鏡的衍射相位；式中，λ為波長，W<subgt;020</subgt;、W<subgt;111</subgt;、和為未安裝超透鏡的原始多孔徑系統的參數，和為超透鏡的參數；對超透鏡的衍射相位進行色散相位補償，得到超透鏡的最終相位。該方法基于超透鏡實現多孔徑系統場非對稱色差的校正，使用超透鏡，其裝配簡單、系統結構簡單緊湊且超透鏡的加工精度高，且通過對超透鏡的相位進行設計，能夠實現多孔徑系統中場非對稱色差的有效校正。

技術研發人員：易飛,何煬,陳巖,劉斯坦,李林翰
受保護的技術使用者：華中科技大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24