[发明专利]透镜的优化方法

说明书

一种透镜的优化方法，包括以下步骤：选择物平面上的9个特殊点作为优化目标点，将目标点对应的最佳成像质量参数对作为优化目标输入光学仿真软件；在参数对的权重相同的时候在软件中进行优化，增大优化后的结果与目标值差异较大的目标权重；根据优化结果，更改差距较大目标参数对，再次调节权重；改善9个点成像质量；仿真验证是否达到优化目的，确认透镜优化参数值。本发明的透镜的优化方法采用物理光学传播方法，通过选择九个特殊物平面点，定义相关的成像质量评价函数，实现了两个维度的成像质量的最优，具有极强的适用性与快速性，对于实现大视场成像、保证两维度成像质量、实现高帧率高分辨成像有着重要价值。

技术领域

本发明属于太赫兹技术领域，具体涉及一种透镜的优化方法。

背景技术

太赫兹波一般是指频率在0.1～10THz(波长在3mm～30μm)之间的电磁波，由于所处的频段位于微波与红外频谱之间，属于宏观电子学向微观电子学过渡的范围，具有宽频带、穿透性、高分辨、指纹谱的特性。

太赫兹波的光子能量低，对生物组织不会产生光损伤及光致电离效应，在生物医学和无损探测等领域具有重大的应用价值；THz波能够穿透衣物、塑料等非极性材料，可用于安检成像；太赫兹波段的波长短，探测分辨率高，可用于航天和空间遥感等领域。

其中应用于安全检测领域的太赫兹成像技术是各个国家都在积极开展研究的技术，将太赫兹成像系统放到机场安检及重要场所的入口处，可以实现非接触的安全检测，可以透过衣服等遮挡物探测到藏匿在人身上毒品、炸药、枪支、匕首等危险违禁物品。现在已经研制出的太赫兹成像原理样机，如美国PNL实验室在2009年研制的0.345～0.355THz扫描三维成像系统，美国JPL实验室在2011年研制的0.66～0.69THz调频连续波三维成像系统，这些系统都是利用一个或多个反射面的转动来实现二维波束扫描，成像时间长达数秒钟，这在实际应用中是极为耗时的。目前国内外在太赫兹快速成像方面能够实现数秒一副图像，在高帧率成像方面还未见成果出现，也没有高帧率成像方法的研究。

中国科学院电子学研究所基于频控波束扫描器件开展高帧率太赫兹成像方法的研究，提出利用多个透镜、平面反射镜和频控波束器件实现二维视场扫描成像。但由于反射镜旋转造成波束发生畸变，对成像质量影响极大。如何优化设计合适的透镜，降低畸变的影响，保证成像质量是值得研究的一个课题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种透镜的优化方法，以便解决上述问题的至少之一。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种透镜的优化方法，包括以下步骤：步骤一：选择物平面上的9个特殊点作为优化目标点，所述9个特殊点为物平面1/4的的4个角，4个边的中心以及物平面的中心点，目标点的优化目标所选参数按照主光轴入射情况，将目标参数对透镜出射波束的聚焦位置和束腰的权重设为1，将优化目标对应的参数输入光学仿真软件运行，观察优化后的结果与目标的偏差；步骤二：调整步骤一得到的结果与目标值权重，增大差异较大的目标权重进行优化；步骤三：根据优化结果，更改差距较大目标参数对，再次调节权重进行优化；步骤四：在中间三个点和下边三个点优化结果理想的情况下，调节左上角的点的参数对与权重，改善上边右侧两个点的成像质量；步骤五：完成步骤一到步骤四后，仿真验证是否达到优化目的，确认透镜优化参数值。

优选地，步骤一中，所述优化目标点还包括所述9个特殊点外的其他点。

优选地，所述透镜的优化方法中，判断物平面成像质量选用的参数对包括但不限于透镜出射波束的聚焦位置与束腰。

优选地，所述透镜的优化方法中使用的光学仿真软件包括但不限于ZEMAX软件。

优选地，所述透镜的优化方法中选取的面型包括但不限于Biconic面。

优选地，所述透镜的优化方法还适用于一个维度透镜的优化。