化学腐蚀法制造硅微透镜列阵的实验研究

采用KOH:H₂O的湿法化学腐蚀Si{100}晶片获得了球面轮廓曲线十分好的微透镜,透镜直径可从几个微米到几个毫米,焦距和孔径之比f/D可以从2.5到10以上。文章给出了微透镜及列阵的实验测试结果和若干显微照片,对其设计与制造建立了半经验理论模型。最后,对球面的形成原理及异常焦斑形状作了讨论。     

塑料光纤微透镜耦合平头发光二极管

为了有效耦合平头发光二极管(LED),使用机械方法加工了锥球面塑料光纤(POF)微透镜。平头发光二极管由圆头发光二极管打磨掉聚光帽制得,其出光端面与芯片距离小于0.5mm。锥球面塑料光纤微透镜用数控机床加工制得。采用光线追迹法对耦合模型进行了分析。实验优化了锥球面光纤微透镜的参数、锥角、小球半径、工作距离和单端/双端模式,并理论分析了双端锥球面微透镜耦合的实验结果。当双端锥球面光纤微透镜锥角为140°、小球半径为0.15mm时,可带来20.4%的耦合效率增益。所用加工方法有利于微透镜参数优化,具有较好的加工精度和重现性,可以用于制作塑料光纤微透镜。     

氩离子束蚀刻加工的柱体微透镜阵列

理论研究表明，氩离子束蚀刻加工柱体非球面微透镜阵列，柱体球面微透镜阵列和微棱镜阵列具有巨大潜力。实验结果证明，硅（Si）基片上表面轮廓为球面和椭圆面柱体微透镜阵列，表面质量好，均匀一致性佳。给出各种基片材料例如ZrO2，InP，SiO2（石英玻璃）和Si以及相对高温固结光致抗蚀剂（BP212）掩模材料的Ar离子能量和Ar离子束蚀刻速率之间的关系曲线。可以认为，这种技术可用来加工大面积不同表面轮廓柱体微透镜阵列和微核镜阵列。     

微透镜阵列莫尔放大作用及其防伪特征的研究

为了研究微透镜阵列防伪膜的工作原理和防伪作用,首先,从最基本的莫尔条纹相关理论着手,推导出有关莫尔条纹特性的公式;然后,再将微透镜阵列防伪膜的微透镜阵列和微缩文字阵列看作两个具有固定周期的光栅,将莫尔条纹相关公式应用到微透镜阵列防伪膜上,研究了莫尔放大作用和透镜放大作用的匹配问题;最后,通过实验制备出了样品,得到了微透镜阵列防伪膜制备过程中的关键因素。     

球面上微透镜阵列超精密慢伺服加工精度影响因素的研究

超精密慢伺服车削可加工出高精度的连续和非连续自由曲面,但是在微透镜阵列的加工过程中,不同位置的透镜加工精度也不同,个别子透镜的质量降低可能引起整个功能部件的失效。为了研究曲面上微透镜阵列超精密慢伺服加工精度的影响因素,本文采用实验的方法分析基面几何形状和子透镜位置对球面上微透镜阵列慢伺服车削加工精度的影响,通过在三种不同球径的基面上加工微透镜阵列,并使用Bruker GT-X白光干涉仪测量所加工的基面和微透镜阵列,分析了不同基面上不同位置的子镜表面粗糙度和形状精度的变化趋势。实验结果表明,同一基面上不同位置的子透镜,慢伺服车削加工表面微观形貌不同,表面粗糙度和形状精度也不同;基面的几何形状也会影响子镜的加工精度,当基面球径从50 mm增大至150 mm时,外圈子镜的表面粗糙度从75.78 nm(Ra)变小为69.08 nm(Ra)。在超精密慢伺服加工微透镜阵列过程中,必须考虑基面几何形状和子透镜位置两个因素对加工精度的影响,这将有助于提高微透镜阵列加工精度的一致性并保证微透镜阵列功能的有效性。     

基于电场驱动喷射微3D打印的大面积微透镜阵列制造研究

大面积圆形、柱状及梯度折射率微透镜阵列在裸眼3D、光学传感、仿生学、医疗内窥镜等领域具有非常广泛的需求,然而,如何实现大面积多类型微透镜阵列的简单化、低成本、高效率制造是学术界与产业界共同面临的一项挑战性难题。基于电场驱动喷射微3D打印技术,提出了一种可实现大面积多类型微透镜阵列制备的新方法,通过实验揭示了主要工艺参数（电压、气压,打印速度）对制备的不同类型微透镜形貌与质量的影响与规律,利用提出的方法并结合优化的工艺参数,在玻璃基底上分别实现了面积为120 mm×120 mm、100 cm×45 cm的圆形与柱状微透镜阵列的制造,在柔性PET基底上实现了面积为160 mm×160 mm的圆形微透镜阵列的制造,利用电场驱动喷射微3D打印的多层打印模式实现了折射率梯度变化范围为0.1的梯度折射率微透镜阵列的制造。实验结果表明,制备的微透镜阵列具有良好的几何与光学性能,基于电场驱动喷射微3D打印大面积、多类型微透镜阵列制造方法具有效率高、成本低、批量化的显著优势,为大面积多类型微透镜阵列制造提供了一种全新的解决方案。     

用于复制柱面微透镜阵列的铸塑工艺

在光刻热熔成型以及电铸复制得到的柱面微透镜阵列镍模板基础上，采用铸塑工艺得到了高质量的PMMA柱面微透镜阵列。本文介绍了静态铸塑的模具设计、工艺过程、参数控制及测试分析。对柱面微透镜阵列的表面形貌分析表明，铸塑复制的面形误差小于0.5μm．     

液晶微透镜技术研究新进展

液晶微透镜是一种利用电光效应来改变透镜折射率空间分布和微电子技术工艺制作的新型微透镜,是结合了微透镜技术和液晶良好电控特性的新型光学微纳器件。液晶微透镜具有尺寸微小,焦距可调等优点,在微光学系统和微光机电系统中具有广阔的应用前景。简要概述了液晶微透镜的基本原理和几种典型液晶微透镜类型,包括液晶(LC)和聚合物分散液晶(PDLC)透镜的发展,阐述了液晶微透镜的研究现状以及研究发展趋势。     

球面透镜曲率半径的线性测量机构

介绍了球面透镜曲率半径的线性测量原理及机构,其原理是将透镜测量中涉及到的球面曲率半径、测环半径、矢高对应处理成正比线性关系,提出了按此原理设计的三种测量机构的实例,使球面透镜曲率半径的线性测量获得了满意的结果。     

激光双焦干涉球面微观轮廓仪

激光双焦干涉球面微观轮廓仪是一种高灵敏度的表面粗糙度测量仪器。本文描述了利用激光双焦透镜偏振共路干涉系统及计算机自动控制系统对各种球面进行实时扫描，采样及数据处理的新技术，新仪器，实侧表明该仪器的纵向分辨率小于１ｎｍ，横向分辨率小于２μｍ。     

3-P-2SS球平台机器人的运动传递性分析

研究了一种新型的3自由度3-P-2SS球平台机器人的运动传递性及其在工作空间的分布规律.该机器人在坐标原点具有最佳的运动传递性能,介绍其正交的结构布局特点,基于其位置反解推导运动学传递方程,定义其沿x、y和z方向的运动传递能力评价指标,给出这些评价指标在工作空间内的分布情况,这对该种球平台机器人的合理任务规划很有帮助.     

Dispersion, aberration and deconvolution in multi-wavelength fluorescence images

The wavelength dependence of the incoherent point spread function in a wide-field microscope was investigated experimentally. Dispersion in the sample and optics can lead to significant changes in the point spread function as wavelength is varied over the range commonly used in fluorescence microscopy. For a given sample, optical conditions can generally be optimized to produce a point spread function largely free of spherical aberration at a given wavelength. Unfortunately, deviations in wavelength from this value will result in spherically aberrated point spread functions. Therefore, when multiple fluorophores are used to localize different components in the same sample, the image of the distribution of at least one of the fluorophores will be spherically aberrated. This aberration causes a loss of intensity and resolution, thereby complicating the localization and analysis of multiple components in a multi-wavelength image. We show that optimal resolution can be restored to a spherically aberrated image by constrained, iterative deconvolution, as long as the spherical aberration in the point spread function used for deconvolution matches the aberration in the image reasonably well. The success of this method is essentially independent of the initial degree of spherical aberration in the image. Deconvolution of many biological images can be achieved by collecting a small library of spherically aberrated and unaberrated point spread functions, and then choosing a point spread function appropriate for deconvolving each image. The co-localization and relative intensities of multiple components can then be accurately studied in a multi-wavelength image.     

宽温域向心关节轴承径向游隙试验研究

针对宽温域向心关节轴承径向游隙测量存在的宽温域测量研究少,无测量误差补偿,环境箱使用不标准,位移点测量单一等主要问题,提出了一种降低径向游隙测量误差的测量方法,研制开发了宽温域向心关节轴承试验机,通过多温度阶段自润滑关节轴承径向游隙测量验证了试验机设计的合理性及测量方法的有效性。     

数控加工中表面粗糙度的影响因素及其控制

艰数控加工过程中的普通外圆车削加工和用球头铣刀平面铣削为研究对象，建立这两种典型加工过程中表面粗糙度的数学模型。根据数学模型分析数控加工过程中表面粗糙度的影响因素，并研究影响因素的选择方法及合理的取值范围。     

球面间隙大范围测量的建模与线性化研究

有源静电悬浮轴承通过检测电极与转子间构成的球面间隙电容以得到转子位移。在转子起支时，要能实现球面间隙的大范围线性测量，本文重点推导了球面电容与球面间隙的非线性关系，提出了采用软件非线性校正的方法实现球面间隙大规范测量的线性化，使转子位移的线性测量范围可以达到标称间隙的66％，满足了静电轴承起支过程的要求。     

Fourth order synthesis of spherical 4-bar function generators

The problem of fourth order synthesis of a spherical 4-bar function generator was solved by the method of relative pole equations. The locus of the relative pole between the coupler and the fixed link in a fourth order synthesis was found to be two spherical closed curves. When the gnomonic projection from the sphere center onto a plane tangent to the sphere at the relative pole between the two cranks is carried out, these two spherical curves are transformed into a single circle on the tangent plane. Examples are given.     

基于正弦输入的球形机器人运动控制

球形移动机器人具有结构紧凑,动作灵敏,适合在缺少人为干预的恶劣环境中应用。由于球形移动机器人属于非完整约束系统,传统的运动控制理论在这种机器人上无法应用。论文首先介绍BHQ-1球形移动机器人机构和运动原理,其次根据欧拉角描述方法建立了球形机器人的运动学模型,并对输入量进行变换得到一个可用正弦输入进行控制的双链系统。最后利用正弦输入方法得到轨迹仿真图。     

球形铣刀前角对切削性能的影响

通过对不同刃形的球形铣刀几何参数的分析、测算 ,进行了切削试验研究、切削力和粗造度测定。对比试验结果 ,得到球铣刀切削刃前角参数对其切削性能影响的重要数据 ,其结论对提高球形铣刀的加工精度有着十分重要的意义。     

微纳牛级力检测的球膜敏感元件力学分析

为了实现工业技术领域的微纳牛级力大小的精确测量,以厚度约700nm、直径50mm左右的球形薄膜为敏感元件,将微纳牛级待测微粒置于球膜上,根据球膜变形量得出被测微粒的重力大小;利用ANSYS建立球形薄膜的力学模型,根据正交试验法设计试验工况,对球膜进行多种工况的受力分析;采用奇异值分解的最小二乘拟合算法处理试验数据,得出变形量、球膜参数以及微粒子重力之间的拟合公式;将拟合公式计算出的变形量理论值与对应试验值进行比较,结果表明:载荷在2～10μN范围内,检测误差不超过1%。