[發(fā)明專利]一種基于超構(gòu)透鏡陣列的消色差光場(chǎng)相機(jī)系統(tǒng)及消色差方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811343079.2
• 申請(qǐng)日: 2018-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN109343217A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王漱明;袁泉;陳績(jī);李濤;王振林;祝世寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B27/00
• 分類號(hào): G02B27/00;G02B27/28;G02B3/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳建和

1.一種基于超構(gòu)透鏡陣列的消色差光場(chǎng)相機(jī)系統(tǒng)，其特征是，包括線偏振片、四分之一波片、物鏡、消色差超構(gòu)透鏡陣列、感光器；所述消色差超構(gòu)透鏡陣列置于依次排列的線偏振片、四分之一波片和物鏡兩種組合的中間，感光器構(gòu)成了后部感光平面用于接收?qǐng)D像。消色差超構(gòu)透鏡陣列是由超構(gòu)透鏡在平面上排列組合成的二維光學(xué)器件，利用消色差超構(gòu)透鏡陣列，在感光探測(cè)器上能精確記錄同時(shí)包含二維位置和二維方向的四維參數(shù)化光場(chǎng)信息；

基于緊湊的平面超構(gòu)透鏡陣列，實(shí)現(xiàn)可見光波段消色差光場(chǎng)相機(jī)的設(shè)計(jì)：環(huán)境光線經(jīng)過線偏振片、四分之一波片調(diào)節(jié)形成圓偏振光，主透鏡物鏡對(duì)入射光線進(jìn)行聚焦成虛擬相，消色差超構(gòu)透鏡陣列將同時(shí)包含光的傳播方向、位置的四維光場(chǎng)信息以圖像形式精確捕捉記錄，結(jié)合數(shù)字圖像算法重聚焦在感光平面，形成消色差的清晰圖像；消色差超構(gòu)透鏡是基于超構(gòu)表面的幾何相位和共振相位相結(jié)合設(shè)計(jì)而成的，透鏡體積超薄，能實(shí)現(xiàn)寬波段連續(xù)消色差。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超構(gòu)透鏡陣列的消色差光場(chǎng)相機(jī)系統(tǒng)，其特征是，消色差超構(gòu)透鏡陣列是由消色差超構(gòu)透鏡在平面上按一定規(guī)律排列組合而成：消色差超構(gòu)透鏡是一種結(jié)合相位分解方法，將相位分解為頻率無關(guān)的基礎(chǔ)相位和頻率相關(guān)的補(bǔ)償相位、即幾何相位和共振相位，利用超構(gòu)表面特殊設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)寬波段連續(xù)消色差的平面透鏡；

根據(jù)超構(gòu)透鏡消色差功能的要求，超構(gòu)透鏡的相位分解的公式如式(1)所示：

即得到相位和任意入射波長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系式，r是任意點(diǎn)到透鏡中心的距離，f是超構(gòu)透鏡的設(shè)計(jì)焦距，λ是入射波長(zhǎng)，是增加的相位差；公式將相位分解為頻率無關(guān)的基礎(chǔ)相位和頻率相關(guān)的補(bǔ)償相位，結(jié)合超構(gòu)表面幾何相位和共振相位的原理共同設(shè)計(jì)，在透鏡任意位置實(shí)現(xiàn)寬帶連續(xù)消色差。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超構(gòu)透鏡陣列的消色差光場(chǎng)相機(jī)系統(tǒng)，其特征是，每個(gè)超構(gòu)透鏡的焦距是49um，直徑是21.65um，數(shù)值孔徑NA值為0.2157。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超構(gòu)透鏡陣列的消色差光場(chǎng)相機(jī)系統(tǒng)，其特征是，超構(gòu)透鏡的結(jié)構(gòu)：具有不同大小、長(zhǎng)寬比例的GaN長(zhǎng)方形納米柱結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度，在平面上集成排列，構(gòu)成超構(gòu)透鏡。

5.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的基于超構(gòu)透鏡陣列的消色差光場(chǎng)相機(jī)系統(tǒng)的消色差方法，其特征是，實(shí)現(xiàn)透射型消色差超構(gòu)透鏡的方式，通過旋轉(zhuǎn)超構(gòu)單元的角度實(shí)現(xiàn)單一波長(zhǎng)聚焦需要的基礎(chǔ)相位分布；通過選取不同大小共振結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可見光范圍內(nèi)不同頻率的色差補(bǔ)償，兩種設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)現(xiàn)寬波段連續(xù)消色差聚焦。