一种望远镜结构及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种望远镜结构，包括透明基底，透明基底包括彼此相对的第一表面和第二表面，第一表面上直接设置有具有正屈光力的物镜超构透镜，第二表面上直接设置有具有正屈光力的目镜超构透镜，物镜超构透镜和目镜超构透镜分别包括周期性排布的超构表面阵列；其中，物镜超构透镜的位于面向目镜超构透镜侧的焦点与目镜超构透镜的位于面向物镜超构透镜侧的焦点在透明基底内部相互重叠。本发明专利技术还公开了上述望远镜结构的制作方法。本发明专利技术实现了望远镜结构的薄型化。镜结构的薄型化。镜结构的薄型化。

【技术实现步骤摘要】
一种望远镜结构及其制作方法


[0001]本专利技术涉及超构表面
，尤其涉及一种采用超构透镜的望远镜结构及其制作方法。

技术介绍

[0002]望远镜是一种利用透镜或反射镜以及其他光学器件观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光束折射或光束被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。
[0003]传统的望远镜结构一般采用由光学玻璃或者光学树脂制成的透镜。但是由于光学玻璃或者光学树脂材料的本身的特性，无法做出具有较低的焦经比(透镜的焦距与直径比)的透镜，因此传统的望远镜结构无法制作成薄型，从而其应用领域也比较有限。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：
[0005]在本专利技术的一方面提供了一种望远镜结构，该望远镜结构包括透明基底，所述透明基底包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述第一表面上直接设置有具有正屈光力的物镜超构透镜，所述第二表面上直接设置有具有正屈光力的目镜超构透镜，所述物镜超构透镜和所述目镜超构透镜分别包括周期性排布的超构表面阵列；其中，所述物镜超构透镜的位于面向所述目镜超构透镜侧的焦点与所述目镜超构透镜的位于面向所述物镜超构透镜侧的焦点在所述透明基底内部相互重叠。
[0006]优选地，所述超构表面阵列包括多个微结构单元，所述微结构单元由Au、Ag、Al中的至少一种，或者TiN和ZrN中的至少一种，或者AlTiN、AlZrN、TiZrN、TiMgN、TiCaN中的至少一种，或者SiO2、Ta2O5、ZrO2、Al2O3中的至少一种制成。
[0007]优选地，所述透明基底由光学玻璃或者光学树脂制成。
[0008]在本专利技术的另一方面提供了一种望远镜结构的制作方法，该述制作方法包括：
[0009]在基底的第一表面上直接形成周期性排布的第一超构表面阵列，以形成具有正屈光力的物镜超构透镜；
[0010]在所述基底的与所述第一表面彼此相对的第二表面上直接形成周期性排布的第二超构表面阵列，以形成具有正屈光力的目镜超构透镜；
[0011]其中，所述物镜超构透镜的位于面向所述目镜超构透镜侧的焦点与所述目镜超构透镜的位于面向所述物镜超构透镜侧的焦点在所述透明基底内部相互重叠。
[0012]优选地，形成所述第一超构表面阵列和所述第二超构表面阵列，包括：
[0013]在所述第一表面和所述第二表面上分别设置彼此对应的定位标记；
[0014]在所述第一表面上涂覆第一光刻胶层，并根据所述定位标记对所述第一光刻胶层进行曝光显影，以形成第一图案层；
[0015]在所述第一图案层上沉积金属材料后，剥离所述第一图案层，以形成所述第一超
构表面阵列；
[0016]在所述第二表面上涂覆第二光刻胶层，并根据所述定位标记对所述第二光刻胶层进行曝光显影，以形成第二图案层；
[0017]在所述第二图案层上沉积金属材料后，剥离所述第二图案层，以形成所述第二超构表面阵列。
[0018]优选地，对所述第一光刻胶层或所述第二光刻胶层进行曝光显影，包括：
[0019]通过数值模拟获得具有预设光学特性的所述第一超构表面阵列或所述第二超构表面阵列的图案信息；
[0020]根据所述第一超构表面阵列的图案信息对所述第一光刻胶层进行曝光，或者根据所述第二超构表面阵列的图案信息对所述第二光刻胶层进行曝光；
[0021]对曝光后的所述第一光刻胶层或所述第二光刻胶层进行显影，以形成所述第一图案层或所述第二图案层。
[0022]在本专利技术的又一方面提供了一种望远镜结构测试系统，包括：
[0023]图像生成装置，用于生成能够形成预设图像的光束；
[0024]图像压缩装置，用于缩小所述光束；
[0025]其中，所述望远镜结构测试系统还包括沿着缩小后的所述光束的光路依序设置的样品台和图像放大装置，所述样品台用于支撑待测望远镜结构，并使所述光束经过所述待测望远镜结构，所述图像放大装置用于放大经过所述待测望远镜结构的所述光束，并使所述光束成像后进行成像测量。
[0026]优选地，所述图像生成装置包括：激光器以及沿着所述激光器所生成的光束的光路依序设置的空间滤波器、USAF分辨率板、第一线偏振片和第一圆偏振片；其中，所述激光器生成的光束依序经过所述空间滤波器、所述USAF分辨率板、所述线偏振片和所述圆偏振片后形成所述预设图像。
[0027]优选地，所述图像压缩装置包括沿着所述光束的光路依序设置的第一凸透镜和第二凸透镜，所述第一凸透镜的焦距大于所述第二凸透镜的焦距；其中，所述第一凸透镜的位于面向所述第二凸透镜侧的焦点与所述第二凸透镜的位于面向所述第一凸透镜侧的焦点相互重叠。
[0028]优选地，所述图像放大装置包括沿着所述光束的光路依序设置的物镜、套筒透镜、第二圆偏振片、第二线偏振片和CCD相机，所述CCD相机用于对压缩后的所述光束经过所述待测望远镜结构前后的成像对比。
[0029]与传统的望远镜结构相比，由于本专利技术的望远镜结构采用了超构透镜，因此可以大幅度缩小透镜的焦经比(透镜的焦距与直径比)，因此有利于形成薄型望远镜结构，进而可用于结构复杂的军用头盔的瞄准系统中。
附图说明
[0030]图1是根据本专利技术的实施例的望远镜结构的结构示意图；
[0031]图2a至图2h是根据本专利技术的实施例的望远镜结构的制程图；
[0032]图3是根据本专利技术的实施例的望远镜结构测试系统的结构示意图。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。
[0034]此外，当诸如层、膜、区域或基底等的元件被称作“在”另一元件或者另一元件的表面“上”时，该元件可以直接在所述另一元件上或者所述另一元件的表面上，或者也可以存在中间元件。可选择地，当元件被称作“直接在”另一元件或者另一元件的表面“上”时，不存在中间元件。
[0035]如
技术介绍
中所述，采用由光学玻璃或者光学树脂制成的透镜的传统望远镜结构，由于其自身的限制无法制作成薄型。
[0036]针对上述的现有技术问题，根据本专利技术的实施例提供了一种望远镜结构以及该望远镜结构的制作方法。该望远镜结构采用了超构透镜(Metalens)来代替了传统的透镜。超构透镜的焦距决定于相位分布，通过改变其超表面单元的排列方式，可以体现不同的光学特性。例如：可以制作具有正屈光力的超构透镜。由于超构透镜的焦距不决定于传统透镜中的材料折射率和曲率半径，而是决定于相位分布，所以焦径比可大幅缩小，因此有利于形成薄型望远镜结构。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种望远镜结构，其特征在于，包括透明基底，所述透明基底包括彼此相对的第一表面和第二表面，所述第一表面上直接设置有具有正屈光力的物镜超构透镜，所述第二表面上直接设置有具有正屈光力的目镜超构透镜，所述物镜超构透镜和所述目镜超构透镜分别包括周期性排布的超构表面阵列；其中，所述物镜超构透镜的位于面向所述目镜超构透镜侧的焦点与所述目镜超构透镜的位于面向所述物镜超构透镜侧的焦点在所述透明基底内部相互重叠。2.根据权利要求1所述的望远镜结构，其特征在于，所述超构表面阵列包括多个微结构单元，所述微结构单元由Au、Ag、Al中的至少一种，或者TiN和ZrN中的至少一种，或者AlTiN、AlZrN、TiZrN、TiMgN、TiCaN中的至少一种，或者SiO2、Ta2O5、ZrO2、Al2O3中的至少一种制成。3.根据权利要求1或2所述的望远镜结构，其特征在于，所述透明基底由光学玻璃或者光学树脂制成。4.一种望远镜结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：在基底的第一表面上直接形成周期性排布的第一超构表面阵列，以形成具有正屈光力的物镜超构透镜；在所述基底的与所述第一表面彼此相对的第二表面上直接形成周期性排布的第二超构表面阵列，以形成具有正屈光力的目镜超构透镜；其中，所述物镜超构透镜的位于面向所述目镜超构透镜侧的焦点与所述目镜超构透镜的位于面向所述物镜超构透镜侧的焦点在所述透明基底内部相互重叠。5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，形成所述第一超构表面阵列和所述第二超构表面阵列，包括：在所述第一表面和所述第二表面上分别设置彼此对应的定位标记；在所述第一表面上涂覆第一光刻胶层，并根据所述定位标记对所述第一光刻胶层进行曝光显影，以形成第一图案层；在所述第一图案层上沉积金属材料后，剥离所述第一图案层，以形成所述第一超构表面阵列；在所述第二表面上涂覆第二光刻胶层，并根据所述定位标记对所述第二光刻胶层进行曝光显影，以形成第二图案层；在所述第二图案层上沉积金属材...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋春萍，杨帆，张兴良，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：