[发明专利]基于微透镜阵列进行视场切换的中红外成像光学系统

说明书

本发明属于光学技术领域，为寻求新的大视场高分辨率成像的解决途径，同时克服切换频率不高，系统结构复杂等缺点，本发明，基于微透镜阵列进行视场切换的中红外成像光学系统，包括视场分割光楔组、一次成像物镜、视场切换微透镜阵列、和二次成像物镜；其中视场分割光楔组为n组对称结构，每组由两个消色差光楔组成，分布在系统不同孔径处；视场切换微透镜阵列由两片微透镜阵列组成，分布在一次成像面处；当一定范围的大视场光束平行入射该中红外成像光学系统时，由视场分割光楔组等分为n段小视场，并转换成相同的视场角，此时完成大视场的分割。本发明主要应用于成像设备设计制造场合。

技术领域

本发明属于光学技术领域，更具体地，涉及到基于微透镜阵列的成像光学系统，尤其涉及一种基于微透镜阵列进行视场切换的中红外成像光学系统。

背景技术

红外光学系统由于其使用波长较长，散射程度小，传播距离远，因此在远距离传输信息和探测信号领域具有广泛的应用。但是传统的红外成像系统因探测器受限无法同时实现大视场与高分辨率，现有解决技术方案中，指向镜变换方案受指向镜频率限制因而系统频率不高，多镜头拼接方案中随镜头和探测器的增加系统成本提高。

微小化和智能化是现代科技发展的趋势，微电子学的发展促进了微光学的发展。微光学元件的特点是体积小、重量轻、设计自由度大、可集成、可复制等。微光学的应用十分广泛，可以制作成渐变折射率透镜、连续面型衍射光学元件、二元光学元件、微透镜阵列等。其中微透镜阵列在微光学系统中有着重要而广泛的应用，如用于光成像、光束整型、光信息处理、光计算、光互连、光数据传输、光学扫描系统等。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种基于微透镜阵列进行视场切换的中红外成像光学系统，旨在寻求新的大视场高分辨率成像的解决途径，同时克服切换频率不高，系统结构复杂等缺点。为此，本发明采取的技术方案是，基于微透镜阵列进行视场切换的中红外成像光学系统，包括视场分割光楔组、一次成像物镜、视场切换微透镜阵列、和二次成像物镜；其中视场分割光楔组为n组对称结构，每组由两个消色差光楔组成，分布在系统不同孔径处；视场切换微透镜阵列由两片微透镜阵列组成，分布在一次成像面处；当一定范围的大视场光束平行入射该中红外成像光学系统时，由视场分割光楔组等分为n段小视场，并转换成相同的视场角，此时完成大视场的分割，等分的n段小视场依次分布在系统的不同孔径处；来自于不同孔径的相同视场角的n段光束经所述一次成像物镜聚焦，严格像方远心地在一次成像面处成像，不同孔径角的n段光束在微透镜阵列处，通过微透镜阵列间的相对位移被选择切换；被选择的光束通过二次成像物镜，以一定比例的物像关系成像在探测器上。

所述视场分割光楔，为红外材料。

由硅和锗组合的方式组成消色差光楔组。

所述一次成像物镜要求严格像方远心，来自于不同视场范围的n段光束在一次成像面处顺序分布在像方孔径角内，所有入射在一次成像面的孔径角相等。

所述微透镜阵列尺寸即一次成像面大小，也是二次成像物镜的物面，为实现高分辨率，一个微透镜单元对应一个像素点，则由探测器尺寸决定微透镜单元尺寸。

所述第一片微透镜阵列，其作用是把n个不同孔径角内的光束，在空间上线性分布于第二片微透镜阵列前表面的n个不同孔径处，在第二片微透镜阵列的每个单元中间孔径镀增透膜，其他区域镀金属反射膜，或者在第二片微透镜前加掩膜板，通过其X向和Y向的微小位移来选择n个不同孔径的光束，然后将其在微透镜阵列后聚焦，完成n段视场的选择切换；所述微透镜阵列，其每个单元的结构是以开普勒望远镜结构为原型；所述微透镜阵列，光束只能在每个单元通道内传输，不能在各个单元间串扰，避免杂散光的产生和光能损失。

经微透镜阵列切换选择的视场，可以是一维的n段小视场，或者二维的n×n段小视场。

本发明的特点及有益效果是：