光学系统技术方案

本申请属于光学技术领域，具体涉及一种光学系统，包括具有第一成像面的第一光学子系统，来自物侧的光线经过第一光学子系统后可成像于第一成像面；具有第二成像面的第二光学子系统，来自物侧的光线经过第一光学子系统、第二光学子系统后可成像于第二成像面；模式切换模块，包括通光量调节单元和微纳结构单元，通光量调节单元位于第一成像面处，用于调节通光量，微纳结构单元与第二光学子系统相关联，通过调节微纳结构单元可以使光学系统处于成像模式或光谱探测模式，通光量调节单元在成像模式和光谱探测模式下具有不同的通光量。该光学系统可以实现近距离大视场成像和对远距离物体的光谱分析两种功能，结构简单，分辨率高。分辨率高。分辨率高。

【技术实现步骤摘要】
光学系统


[0001]本申请涉及光学
，具体涉及一种光学系统。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，对红外成像探测系统性能要求愈来愈高，高分辨、大视场、低热敏、宽光谱的红外成像探测系统往往结构复杂，加工成本极高。红外焦平面制冷型探测器在物体检测时具有灵敏度、精度高，探测距离远、误差小等优势，相较于非制冷成像探测系统而言，制冷型红外成像探测系统更具实用性，但制冷型成像探测系统受限于冷阑效率，结构往往较为复杂，并且在一定带宽内进行探测时功能比较单一，只能独立地进行近距离或远距离物体的探测。对远距离物体进行光谱分析时，需要将物体入射光分解为不同频率，再对不同频率的信息进行分析，大视场光线的存在会对光谱分析产生串扰；而近距离大视场成像时，需要对不同视场入射的宽带光进行消色差处理，同时消除温度变化带来的热差影响，系统分辨率难以满足制冷型探测器分辨率极限。基于上述分析，制冷型红外成像探测系统仅仅依靠传统光学设计手段，透镜数量繁多，结构极为复杂，且难以满足功能复用需求。

技术实现思路

[0003]本申请实施例提供一种光学系统，能够解决传制冷型红外成像探测系统结构复杂、功能单一的技术问题。
[0004]本申请实施例提供一种光学系统，包括：
[0005]第一光学子系统，具有第一成像面，来自物侧的光线经过第一光学子系统后可成像于第一成像面；
[0006]第二光学子系统，具有第二成像面，来自物侧的光线经过第一光学子系统、第二光学子系统后可成像于第二成像面；
[0007]模式切换模块，包括通光量调节单元和微纳结构单元，
[0008]通光量调节单元位于第一成像面处，用于调节通光量，
[0009]微纳结构单元与第二光学子系统相关联，通过调节微纳结构单元可以使光学系统处于成像模式或光谱探测模式，
[0010]通光量调节单元在成像模式和光谱探测模式下具有不同的通光量。
[0011]根据本申请的实施方式，微纳结构单元包括一片微纳元件，微纳元件的朝向第一光学子系统的表面具有多个均匀排布的光栅结构；
[0012]微纳元件可自第二光学子系统切出以使入射光直接通过，从而使光学系统处于成像模式；
[0013]微纳元件还可切入第二光学子系统以使入射光的左旋圆偏振分量、右旋圆偏振分量分离至不同方向，从而光学系统处于光谱探测模式。
[0014]根据本申请前述任一实施方式，微纳结构单元包括第一微纳元件和第二微纳元件，
[0015]第一微纳元件的朝向第二微纳元件的表面具有多个均匀排布的第一光栅结构，
[0016]第二微纳元件的朝向第一微纳元件的表面具有多个均匀排布的第二光栅结构，
[0017]第一微纳元件和第二微纳元件均可绕着光轴旋转，通过旋转第一微纳元件或第二微纳元件可以使入射光的左旋圆偏振分量、右旋圆偏振分量分离至不同方向从而使光学系统处于光谱探测模式，或者使入射光直接透过从而使光学系统处于成像模式。
[0018]根据本申请前述任一实施方式，通光量调节单元为狭缝可调式光阑或者孔径可调式光阑。
[0019]根据本申请前述任一实施方式，当光学系统的当前模式是成像模式时，通光量调节单元处于完全打开的状态；和/或
[0020]当光学系统的当前模式是光谱探测模式时，通光量调节单元处于部分打开的状态。
[0021]根据本申请前述任一实施方式，通光量调节单元和微纳结构单元均可绕着光轴旋转，在光谱探测模式下，狭缝可调式光阑的狭缝方向与微纳结构单元表面均匀排布的多个光栅结构的纵向周期方向一致。
[0022]根据本申请前述任一实施方式，还包括探测器，第二成像面位于探测器内。
[0023]根据本申请前述任一实施方式，探测器为制冷探测器。
[0024]根据本申请前述任一实施方式，第一光学子系统包括第一透镜单元、第二透镜单元和第三透镜单元，
[0025]第一透镜单元用于调制入射光线的角度，使入射光线平滑入射到第二透镜单元，
[0026]第二透镜单元用于对入射光线进行像差矫正，
[0027]第三透镜单元具有正光焦度，用于将入射光线汇聚至第一成像面。
[0028]根据本申请前述任一实施方式，第二光学子系统包括第四透镜单元和第五透镜单元，
[0029]第四透镜单元用于对入射光线进行调制，使入射光线平滑入射至第四透镜单元，
[0030]第四透镜单元用于对入射光线进行像差和色差矫正，将入射光线汇聚至第二成像面。
[0031]本申请实施例的光学系统，通过在一次成像面处设置通光量调节单元，可以对目标成像区域进行合理选择，减少目标成像区域之外的其他物体的干扰；通过设置与第二光学子系统关联的微纳结构单元，可以使光学系统在成像模式和光谱探测模式之间切换，一方面可以使光学系统能够对成像目标进行初步成像，还能对成像目标进行光谱分析，进一步提高对目标物的识别能力，增加了光学系统的功能；另一方面，两个功能集成到同一套光学系统中，相比于现有技术中需要使用单独的两套光学系统，结构更加简单，成本更低。
附图说明
[0032]图1a是本申请实施例提供的光学系统的结构示意图；
[0033]图1b是本申请实施例提供的处于成像模式的光学系统的结构示意图；
[0034]图1c是本申请实施例提供的光学系统的结构示意图；
[0035]图1d是本申请实施例提供的处于光谱探测模式的光学系统的结构示意图；
[0036]图2是本申请实施例提供的微纳结构单元表面的光栅结构的结构示意图；
[0037]图3a是入射光经过本申请实施例提供的微纳结构单元后被分光的示意图；
[0038]图3b是本申请实施例提供的处于光谱探测模式的光学系统对成像目标的成像图；
[0039]图4是本申请实施例提供的处于成像模式的光学系统对成像目标的成像图；
[0040]图5a是本申请另一实施例提供的处于光谱探测模式的光学系统的结构示意图；
[0041]图5b是本申请另一实施例提供的处于成像模式的光学系统的结构示意图；
[0042]图6是本申请实施例提供的通光量调节单元的结构示意图；
[0043]图7是本申请另一实施例提供的通光量调节单元的结构示意图；
[0044]图8是本申请又一实施例提供的通光量调节单元的结构示意图；
[0045]图9a至图9d是本申请实施例提供的光学系统处于光谱探测模式时不同波段在50nm光谱分辨率时的光谱分析点列图；
[0046]图10是本申请实施例提供的光学系统处于成像模式时的光学传递函数图；
[0047]图11是本申请实施例提供的光学系统处于成像模式时的光学点列图。
具体实施方式
[0048]下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本申请，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光学系统，其特征在于：包括第一光学子系统，具有第一成像面，来自物侧的光线经过第一光学子系统后可成像于所述第一成像面；第二光学子系统，具有第二成像面，来自物侧的光线经过第一光学子系统、第二光学子系统后可成像于所述第二成像面；模式切换模块，包括通光量调节单元和微纳结构单元，所述通光量调节单元位于所述第一成像面处，用于调节通光量，所述微纳结构单元与所述第二光学子系统相关联，通过调节所述微纳结构单元可以使所述光学系统处于成像模式或光谱探测模式，所述通光量调节单元在成像模式和光谱探测模式下具有不同的通光量。2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述微纳结构单元包括一片微纳元件，所述微纳元件的朝向所述第一光学子系统的表面具有多个均匀排布的光栅结构；所述微纳元件可自所述第二光学子系统切出以使入射光直接通过，从而使所述光学系统处于成像模式；所述微纳元件还可切入所述第二光学子系统以使入射光的左旋圆偏振分量、右旋圆偏振分量分离至不同方向，从而所述光学系统处于光谱探测模式。3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于：所述微纳结构单元包括第一微纳元件和第二微纳元件，所述第一微纳元件的朝向所述第二微纳元件的表面具有多个均匀排布的第一光栅结构，所述第二微纳元件的朝向所述第一微纳元件的表面具有多个均匀排布的第二光栅结构，所述第一微纳元件和第二微纳元件均可绕着光轴旋转，通过旋转所述第一微纳元件或所述第二微纳元件可以使入射光的左旋圆偏振分量、右旋圆偏振分量分离至不同方向从而使所述光学系统处于光谱探测模...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗先刚，许峻文，郭迎辉，王茂宇，张其，张飞，蒲明博，
申请(专利权)人：天府兴隆湖实验室，
类型：发明
国别省市：