W 波段焦面阵成像Teflon 衍射微透镜阵列研究

提出并设计了一种应用于W波段焦面阵成像的新型二元Teflon衍射微透镜阵列。新型衍射微透镜阵列仅有两个台阶,与传统折射微透镜阵列相比,大幅度地降低了加工制作的难度。用几何光学、物理光学及FDTD相结合的混合数值方法分析计算了物镜焦区场与微透镜阵列的耦合特性,混合数值分析方法的正确性通过相关实验得到了验证。研究表明,衍射微透镜阵列可具有良好的成像性能。     

128×128硅衍射微透镜阵列的设计与制备

通过考虑互相关联的光学和工艺参数 ,设计了 3～ 5μm红外 12 8× 12 8硅衍射微透镜阵列。阵列中微透镜的孔径为 10 0μm,透镜 F数为 f / 1.5,微透镜阵列的中心距为 10 0μm。采用多次光刻和离子束刻蚀技术在硅衬底表面制备衍射微透镜阵列。对实际的工艺过程和制备方法进行了讨论 ,对制备出的 12 8× 12 8硅衍射微透镜阵列的光学性能和表面浮雕结构进行了测量。     

衍射微透镜阵列的光学性能研究及测试

对衍射微透镜阵列的光学性能进行理论上的研究,并提出一种测试微透镜阵列衍射效率和点扩散函数的方法,建立了一套测试系统,并对本所研制的128×128衍射微透镜阵列的衍射效率和点扩散函数进行了测试.测试结果证明本所研制的2位相的石英和硅衍射微透镜阵列的性能较好,均匀性较高;而由于工艺和光刻系统的限制,4位相衍射微透镜的制作还存在一些不足,这些都可以从所得到的衍射微透镜的点扩散函数曲线图和衍射效率看出.该方法适于测试具有微小单元尺寸、周期排列的微透镜阵列或单元的衍射效率和点扩散函数.     

红外凝视成像光学微扫描重建技术研究

扫描式微透镜阵列系统通过微动扫描成像,能够有效解决小行程与大视场之间的矛盾。扫描式微透镜阵列一般采用开普勒式望远结构,通过镜片横向相对位移实现视场扫描。本文提出了一种基于开普勒式望远结构的四片式微透镜阵列,探究了微透镜阵列的角放大率对于3~5 μm波段的扫描式微透镜阵列系统的影响。当角放大率小于1时,经过串扰产生的杂散光较多,系统的能量利用率上限受到限制,导致衍射极限受到限制。角放大率越大,能量利用率上限越高,当角放大率从0.67^×改变为0.83^×,能量利用率可以从43%提升到69%。当角放大率大于1时,系统的能量利用率不再受到结构限制,在抑制串扰的条件下,优化得到角放大率为1.5^×的结构。对其像质进行评价,各扫描视场RMS半径达到探测器像元尺寸,MTF达到0.6@17 lp/mm。角放大率作为表征微透镜阵列结构特点的参数,与系统能量利用率相关,从而影响像质,因此对于角放大率的分析与研究可为扫描式微透镜阵列系统的设计与实现提供依据。     

微透镜阵列

工程师们要使光学仪器缩小体积,在他们的设计中越来越对最小的物件感兴趣,当需要透镜时将面临许多选择.最近,人们喜欢用一种被称为微透镜阵列的微小透镜的集合,它适于完成诸如精细调谐激光束和提高成像质量等各种任务.     

衍射微透镜阵列用于半导体激光光束匀化

提出了一种用衍射微透镜阵列对半导体激光光束进行匀化的方法,解决了折射型微透镜阵列难于实现高填充因子、高精度面型的难题。基于标量衍射理论,设计了具有多阶相位结构的衍射微透镜阵列。采用菲涅耳衍射公式,推导了半导体激光从输入面到输出面的光场计算公式。数值模拟了成像型微透镜阵列匀化系统,并研究了微透镜口径及相位台阶数对焦斑均匀性的影响。结果表明：当衍射微透镜的口径D=0.27 mm、相位台阶数L=16 时,可获得不均匀性约为5%、系统能量可利用率达97%的均匀焦斑。     

基于不同微透镜阵列参数的集成成像微图像

提出一种基于不同微透镜阵列参数的集成成像微图像阵列生成方法。在该方法的拍摄过程中, 首先通过微透镜阵列1拍摄三维场景获得微图像阵列1, 再通过一个包括虚拟显示和虚拟拍摄两个步骤的像素映射算法, 生成与微图像阵列1参数不同的微图像阵列2。在显示过程中使用的微透镜阵列2与拍摄时的微透镜阵列1具有不同的参数, 微图像阵列2通过微透镜阵列2重建出全真的3D图像, 重建的3D图像没有图像缩放和畸变。同时本文还推导了微图像阵列1、2和微透镜阵列1、2各参数应满足的数学关系。实验结果验证了理论推导的正确性。     

微透镜阵列在DPL中的应用分析

详细讨论了微透镜阵列的设计和制作方法,并对其作为准直器件在DPL中的应用进行了分析。     

基于不同微透镜阵列参数的集成成像微图像阵列生成方法

提出一种基于不同微透镜阵列参数的集成成像微图像阵列生成方法。在该方法的拍摄过程中,首先通过微透镜阵列1拍摄三维场景获得微图像阵列1,再通过一个包括虚拟显示和虚拟拍摄两个步骤的像素映射算法,生成与微图像阵列1参数不同的微图像阵列2。在显示过程中使用的微透镜阵列2与拍摄时的微透镜阵列1具有不同的参数,微图像阵列2通过微透镜阵列2重建出全真的3D图像,重建的3D图像没有图像缩放和畸变。同时本文还推导了微图像阵列1、2和微透镜阵列1、2各参数应满足的数学关系。实验结果验证了理论推导的正确性。     

平面交叉型微透镜阵列的制作及成像特性研究

介绍了采用光刻离子交换工艺制作平面交叉型微透镜阵列的方法。利用积分形式的光线方程式讨论了平面交叉型微透镜的近轴光学特性，研究了微透镜的光线轨迹方程式和一些重要的近轴成像特性，利用ABCD定理得到了平面交叉型微透镜像距、焦距、像高、横向放大率和主平面位置的数学表达式，焦距的理论计算结果和实验数据吻合得很好。     

使用梯度折射率液晶微透镜阵列的光场成像

光场成像可以获取场景的三维信息。通过在主透镜和图像传感器之间插入一个微透镜阵列,不仅可以记录光线的辐射度,还记录了光线入射的方向。提出了使用梯度折射率液晶微透镜阵列进行光场成像的方法。该阵列基于向列相液晶材料,利用其各向异性和双折射的特点,通过紫外光刻技术和湿法刻蚀技术制作,具有圆孔阵列图案。在该阵列的上下电极之间加载一个交流电压信号后,每个微透镜可以有效会聚入射光,搭建了测试系统来测试该阵列的聚焦特性和焦距。将该阵列与一个主透镜和一片图像传感器耦合得到一个光场成像相机,并使用该相机采集了图像。     

微透镜阵列的制作及其在光场成像中应用的研究进展

文章综述了微透镜阵列制备技术的最新研究进展,并将这些制备方法分为直接法和间接法进行了对比分析。回顾了微透镜在光场成像应用中的研究进展,指出目前该领域的研究重点是光场相机设计的新思路及提高分辨率的相应模型算法。     

基于微透镜阵列的光场显微测量方法研究

与传统成像技术相比,光场成像技术能够利用光场中光线的传播方向信息,采用计算成像的方式极大地提高成像系统的景深。而传统的光学显微镜分辨率越高,景深越小。文章结合光场成像技术和传统光学显微镜,通过在显微镜一次像面插入微透镜阵列,提高显微镜景深,实现光场的显微三维测量。该系统通过单次曝光即可获得光场的四维光场信息,通过数字重聚焦技术和清晰度评价函数完成光场显微测量。实验结果表明,基于微透镜阵列的光场显微测量方法是可行的。测量系统以牺牲16倍横向分辨率为代价,将显微镜头景深提高了近100倍。     

微透镜列阵的离子束刻蚀及衍射效率测量

采用Kaufman离子刻蚀微透镜列阵并采用实时检测系统对刻蚀深度进行了控制.提出了测量微透镜列阵衍射效率的一种方法,对测量误差进行了讨论.     

128×128PtSi红外焦平耐用硅衍射微镜阵列的设计与制备

通过考虑互相关联的光学和工艺参数,设计了3～5μm红外128×128硅衍射微透镜阵列.阵列中微透镜的孔径为50μm,透镜F数为f/2.5,微透镜阵列的中心距为50μm.采用多次光刻和离子束刻蚀技术在硅衬底表面制备衍射微透镜阵列.对实际的工艺过程和制备方法进行了讨论,对制备出的128×128硅衍射微透镜阵列的光学性能和表面浮雕结构进行了测量.     

基于柱面微透镜阵列的激光匀化系统设计及实验研究

为了获得平顶分布的长度连续可调的线光斑,设计了一种基于柱面微透镜阵列的光束整形系统,该系统采用两个相同的柱面微透镜阵列串联在一起,通过傅里叶透镜的聚焦作用在像平面上形成均匀的线光斑。基于矩阵光学理论,建立了成像光线矩阵,分析了影响光斑长度相关因素;基于傅里叶光学,进一步建立了光场数学模型,通过数值分析方法,模拟了光强分布特性。搭建了实验系统,获得了平顶分布的均匀线光斑,光斑长度在2~34 mm范围内连续可调,这种长度连续可调的线光斑在激光应用领域具有重要的应用价值,可以更好地满足实际生产需求。     

液晶微棱镜阵列工艺结构研究

本文对液晶微棱镜阵列的设计与工艺的基本问题进行了讨论。针对TFT的优势,试制了激光晶化底栅结构的poly-SiTFT为构造核心的液晶微棱镜,对其工艺结构和液晶的光学性能进行了探讨。实验表明,尽管TFT液晶微棱镜工艺复杂,但具有一定的优点值得深入研究。