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。     

折射型微透镜阵列焦距的测量方法

针对全空间折射型微透镜列阵,从理论和实验上重点探讨了对其焦距的确定,结果表明,所述方法简捷实用,不仅获得了较满意的结果,而且也保证了测量精度。     

基于微透镜阵列的三维数字成像

基于微透镜阵列多视角成像特点, 利用几何光学原理,提出一种对物体进行三维数字成像的重构算法.利用这种算法,对CCD相机捕获到的基元图像阵列进行重构.与传统的利用光学系统对物体进行重构的方法相比,该算法不再受到重构过程中遇到的杂光以及衍射效应等因素的影响,具有实时性好、清晰度高的优点.搭建了基于微透镜阵列的三维数字成像系统实验平台,利用此算法对实验中获得的骰子基元图像阵列进行重构,成功地重构出原始物体的三维立体图像,在理论上和实验上证明了这种重构算法的有效性和可行性,并对实验中影响成像质量的因素进行了分析.     

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．     

光刻热熔微透镜阵列的电铸成形复制技术研究

我们运用光刻胶热熔成形的方法,制作了２０×２０ｍｍ的光刻胶折射型微透镜阵列,单元微透镜相对口径为Ｆ／２,单元透镜直径９０μｍ,中心间隔１００μｍ。在此基础上,采用微电铸镍的方法进行成形复制技术的研究,获得了表面图形转移质量和基底性能均良好的镍模板。本文详细讨论了电铸成形技术的工艺参数控制,以及所得的电铸镍板图形质量分析。     

微流体数字化技术制备聚合物微透镜阵列

基于微流体数字化技术搭建了聚合物微透镜阵列按需喷射制备实验系统。以UV固化胶为喷射材料,将其按需喷射到镀有疏水化薄膜的玻璃基片上,在界面张力和疏水化效应的作用下,形成平凸状的微液滴,再经紫外光固化后形成微透镜阵列。实验研究了系统参量对稳定微喷射与微透镜直径的影响,稳定微喷射出了黏度值为50×10-3 Pa·s的UV胶,制得了最小直径达25μm的微透镜,进而制备出了直径变异系数C·V达0.64%、焦距均匀性误差为1.7%的15×15微透镜阵列。微透镜在扫描电子显微镜下具有较好的表面形貌,采用白光干涉/轮廓仪(VSI模式)测得其轮廓算术平均偏差Ra为247.99nm(扫描区域:29.4μm×39.3μm),扫描区域轮廓曲线平滑。通过微透镜阵列的成像实验,得到了微透镜阵列所成的清晰实像。实验结果表明,采用微流体数字化技术进行聚合物微透镜阵列的按需喷射制备过程简单、成本低廉、工艺参数稳定;制备的微透镜阵列几何与光学性能优越。     

自适应微反射镜阵列制作与性能测试

为了改善微反射镜存在的驱动电压高、驱动力小的缺点,基于双金属效应,制得可调焦微光学自适应阵列。以硅为基底,先后经过热氧化、光刻显影、HF酸刻蚀、KOH湿法刻蚀,溅射铝膜等微加工工艺,制得的4×4阵列,基底厚50μm,硅表面铝膜厚100nm。利用激光数字波面干涉仪对可调焦微反射镜的动态性能进行了测试。实验表明,在0~11V电压范围内,可产生最大7.91μm的连续变形。     

液晶背投影电视中蝇眼透镜阵列照明系统的设计

在对液晶背投影电视系统进行分析的基础上对其照明系统进行了设计,设计中采用蝇眼透镜阵列方法来提高照明系统的光能利用率和均匀性,并用Light Tools软件模拟,结果表明这种方法可实现ANSI均匀性+5.07%, -8.61%、光能利用率大于70%,有效的提高了系统整体性能.同时针对实际光源的计算机建模进行了阐述,给出了蝇眼透镜阵列照明系统的设计方法和设计实例.     

折射微透镜及其阵列加工技术

介绍折射微透镜及其阵列的几种最新加工技术。     

导光均光微槽透镜阵列精密磨削及其热压微成型

薄壁LED照明依赖丝网印刷的微阵列导光板,但其表面油墨点阵易老化,且微结构很难优化。因此,在导光板表面设计出高斯分布的空间微槽透镜阵列,并采用数控微磨削技术对其进行加工,替代市面丝网印刷的2D微圆阵列。首先,用微光学原理模拟导光板导光效率和出光均匀度,优化微透镜阵列的形状、尺寸和分布。利用金刚石砂轮微尖端在PMMA导光板表面精密磨削出微透镜阵列,检测其导光效率及均匀性。最后,利用微磨削加工的微阵列成型钢模芯开发微透镜阵列的快速热压微成型工艺。微光学分析表明,微槽透镜阵列比微方形透镜阵列和微半球透镜阵列分别提高导光效率6%和15%。而且,微槽透镜阵列变间距高斯分布比等间距分布提高导光效率32%,提高出光均匀度73%。试验结果显示,微磨削可以控制微槽透镜阵列加工的表面质量和形状精度,应用于LED导光板后比丝网印刷的导光板提高导光效率7%和出光均匀度9%。此外,开发3 s的快速热压微成型工艺,可以加工出变间距和变深度的微槽透镜阵列,比丝网印刷的微圆阵列提高照度26%和出光均匀度49%。因此,微空间结构优化的微槽透镜阵列比丝网印刷的2D微圆阵列可附加出更高的微光学应用价值。     

电控聚合物分散液晶全息透镜的设计与制作

在介绍了纳米聚合物分散液晶材料电控全息开关透镜基本原理的基础上,选取经实验优化的聚合物分散液品配方EB8301:TEB300:RB:NPG:NVP=100:100:0.2:0.5:15并额外添加降低驱动电压的材料S-271,根据聚合物分散液晶材料的曝光特性及伞息透镜原理,设计球面波与平面波干涉伞息透镜记录光路,成功制作了电控全息开关透镜.该电控聚合物分散液晶全息开关透镜为平板式没计,对可见光基本无散射,驱动开火电压在60 V至80 V之间,在变焦成像系统,集成光学等方面有广泛应用前景.     

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...     

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。     

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。     

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。     

一种微透镜--针孔阵列合成器件的制作方法

微透镜阵列与针孔阵列的组合光学器件是全场共焦检测中的一个关键器件，微透镜中心与针孔中心要求严格对准，相应的装配对准精度应控制在几微米之内，本文给出了一种可进行5自由度高精度调节，并利用光学显微镜进行实时监测的对准方法。     

基于CATIA二次开发的微透镜阵列仿真

汽车灯具的发展日新月异,近年来出现的新型灯种Logo灯逐渐流行。Logo灯可根据客户要求投射出各种图案,其原理是将光源发出的光通过灯内微透镜阵列投射至地面,但由于地面与光源透镜不平行,图像倾斜投影时会产生畸变失真现象,因此光学设计需要对光源图形进行修正才能避免失真。详细介绍如何通过CATIA二次开发对Logo灯的微透镜阵列进行仿真。