[发明专利]一种加入微光学元件的高分辨成像系统

说明书

本发明涉及光学器件技术领域，公开了一种加入微光学元件的高分辨成像系统，所述高分辨成像系统的像差校正系统由像差校正透镜组和一个表面具有若干个沟槽结构的衍射透镜，首先使用像差校正透镜组对高分辨成像系统的轴上以及轴外的像差进行校正，然后通过在衍射透镜的表面形成沟槽结构，以形成微光学元件，并利用微光学元件与传统光学元件相反的色散性质，以与成像光学组件的色差相互补偿从而达到消除色差的目的，同时，进一步提升系统的分辨率，将高分辨成像系统的分辨率在各个视场角及各个可见光波段都提升到接近衍射极限、达到超高分辨成像。由于像差校正系统设置在成像光学组件的光线出射侧，因此像差校正系统的体积较小、重量较轻，对系统产生较小的额外载荷。

技术领域

本发明涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种加入微光学元件的高分辨成像系统。

背景技术

望远镜是光学仪器中重要的一部分，在军事侦察，天文观测等方面都发挥着重要的作用。由于望远镜的制作离不开折射光学元件，而折射光学元件因其自身光学特性会产生各类像差，直接影响成像质量，同时由于折射元件对光束波前的调制通常依赖其表面的曲率，因此不可避免具有体积大，质量大等特点。

为提高望远镜性能，主要通过在望远镜中引入消色差透镜和抛物面反射镜来减少球差和色差。然而，根据光的衍射理论，光学系统的最小分辨率为1.22λ/D，其中λ表示入射波长，D表示物镜孔径。增大物镜直径可以提高成像分辨率，但是孔径增大将会导致望远镜的成本呈指数增长，系统复杂性也大幅增加。

近年来，在光学系统设计上可利用改变高分辨成像系统结构和透镜参数实现高成像质量，例如设计卡塞格林望远镜、施密特望远镜等，但受光学元件自身特性限制，很难在保持系统分辨率的情况下进一步减少元件数目及提高精度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种加入微光学元件的高分辨成像系统。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明实施例中提供一种加入微光学元件的高分辨成像系统，包括成像光学组件，还包括：

设置在成像光学组件和像面之间的像差校正透镜组，成像光学组件的出射光线经过像差校正透镜组的调整后出射；

设置在像差校正透镜组和像面之间的衍射透镜，所述衍射透镜的表面具有若干个沟槽结构，经过像差校正透镜组的调整后的光线，投射至衍射透镜的沟槽结构上，经过调整后投射至像面上。

可选的，所述若干个沟槽结构的深度不同。

可选的，所述沟槽结构的深度大于0，且小于等于其中，n为衍射透镜的折射率，λ为入射光线波长。

可选的，所述若干个沟槽结构呈锯齿方式排布，所述若干个沟槽结构位于一圆形区域内，所述圆形区域的半径与入射至衍射透镜上的光束的宽度相同。

可选的，所述若干个沟槽结构的深度通过以下公式求得：

其中：A_i是衍射透镜表面的沟槽结构的系数，r为衍射透镜的归一化半径，N为衍射透镜的面型计算精度，N越大衍射透镜的面型计算精度越高。c为透镜的轴锥系数，k为透镜曲率半径的倒数，λ是入射光波长，n是衍射透镜的介质材料折射率，mod为求余函数，Φ(r)为衍射透镜在不同半径上的相位调制能力，Z(r)为衍射透镜在不同半径上的厚度，衍射透镜表面的沟槽结构的深度为凹槽结构周边的衍射透镜的厚度与相同半径上的Z(r)的差值。

可选的，所述像差校正透镜组包括靠近成像光学组件的场镜，以及位于场镜和衍射透镜之间的多片像差校正透镜。

可选的，所述多片像差校正透镜采用非球面镜。