用于提高集成成像景深的微透镜阵列研究

集成成像3D显示是一种运用微透镜阵列从不同方 位对三维物体记录和重构的真三维显 示技术,针对集成成像3D显示技术景深不够、微透镜之间间隙透过的杂散光引起干扰导致的 重构图像质下降等问题,本文设计新型微透镜阵列结构(双层针孔/微透镜组合阵列结构)以 减少杂散光并增加集成成像3D显示的中心深度平面的个数以提高集成成像的景深。根据集成 成像原理,确定双层针孔/微透镜组合阵列的参数,利用Tracepro光学仿真软件对集成成像3D显示过程进 行仿真,结果表明,双层针孔/微透镜组合阵列能有效地较少杂散光;当两层微 透镜阵列间距为5mm时,本文系统获得的景深比传统系统大20 mm左 右,即 双层针孔/微透镜组合阵列结构能够实现在减少杂散光影响的同时又增加集成成像的景深。     

阵列透镜测量仪的设计与应用分析

为了解决500mm以上大口径光束波前的实时测量问题,设计了一种波前测量系统,即透镜阵列测量仪,其最大优点是避免了现有的H-S波前传感器所面临的大口径缩束器的加工难题。介绍了该测量系统的组成结构及其测量原理,分析了测量系统在设计中的参数选择,并根据具体的系统参数讨论了测量系统的检测性能。在此基础上,利用数值模拟对1200mm口径光束进行了波前测量的仿真实验研究,分析了测量过程中系统标定对透镜阵列测量仪的作用。仿真实验表明,透镜阵列测量仪能够实现大口径光束的波前探测。     

光学胶膜液体可变焦微透镜阵列

微透镜阵列在光束匀化、波前测量、集成成像等领域有广泛应用。设计了一种基于光学胶膜(Optically Clear Adhesive, OCA)的液体可变焦微透镜阵列。采用矩形排列的硅微孔阵列控制单个透镜的孔径和排布,并以OCA光学胶膜和去离子水作为微透镜阵列的塑形材料。通过调整微流体腔内液体注入的体积实现对透镜焦距从1.46~10.44 mm的调整。依据聚焦与成像实验证实了微透镜阵列具有良好的均匀性。最后,将该微透镜阵列应用于激光光束匀化整形,通过一对微透镜阵列实现了光束匀化整形。进一步通过固定一对微透镜阵列的间距实现匀化光斑尺寸在7.2~8.4 mm内可调,为匀化光斑尺寸可调提供了新思路。     

基于高阶抑制达曼光栅的微透镜阵列焦距的快速测量

提出了一种用高阶抑制二维达曼光栅作为分光元件替代普通衍射光栅实现微透镜阵列焦距快速测量的方法。高阶抑制二维达曼光栅具有优良的分光效果,且高阶衍射级次能够得到有效抑制,通过信噪比的提高降低焦距测量误差。设计并制备了一分五的高阶抑制二维达曼光栅,分束后的光束经过微透镜,在其焦面附近形成高对比聚焦光斑阵列。相比常规一维光栅,所提方法通过测量每个微透镜焦面内光斑两两之间的距离,得到多个焦距值,从而有效减少测量的随机误差。实验结果表明,该方案对微透镜阵列焦距的单次测量误差小于3.5%,重复测量误差在4.5%之内。该方案对微透镜阵列的焦距分布快速评估具有实用价值。     

适用于LED阵列光源的新型双层TIR透镜设计

针对贴片LED阵列光源,文中提出了一种新型双层全内反射透镜结构,并利用LightTools -SolidWorks桥对其进行设计与优化,光斑的芯片成像与黄斑问题得到了解决。透镜最大外径为40 mm,透镜总高为12 mm,实现了照明系统的紧凑小型化,实际的软件模拟和测量结果表明,透镜匹配3×3阵列的贴片3030LED光源后,光学效率高达85%以上,光斑均匀,无明显黄斑现象。此款透镜被用于实际射灯灯具中。     

二维叠栅条纹的傅里叶变换北大核心CSCD

研究了方形孔径平面微透镜阵列和微图形阵列的叠栅条纹的傅里叶原理。方形孔径平面微透镜阵列可视为正交的二维栅格线簇,以一维光栅叠栅条纹的傅里叶变换原理为基础,推导了方形孔径平面微透镜阵列二维叠栅条纹的傅里叶变换解析式,对低频(1,-1)级叠栅条纹进行详细讨论。同时对不同夹角下叠栅条纹的周期和同步性进行重点研究,并采用不同结构参数的二维栅格模板与微图形阵列进行实验,结果表明:实验值和理论值相吻合,研究结果为方形孔径平面微透镜阵列的应用与研究提供了理论基础。     

基于X光移动光刻技术的PMMA微透镜阵列制备

微透镜阵列的制备已经成为微光学领域的研究热点。利用两次X光移动光刻技术,以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为正光刻胶,在PMMA基板上制造了微透镜阵列,并对其制作原理进行了详细说明。设计了制备微透镜阵列用的掩膜图形,并通过掩膜图形模拟仿真,预测了微透镜在两次移动曝光显影后的形状。第一次X光移动光刻后,理论上会得到半圆柱状三维结构;第一次光刻后将掩膜板旋转90,进行第二次移动曝光光刻,最终在PMMA基板上制备了面积为10 mm10 mm的3030个微透镜阵列,阵列中每个微透镜的直径约248m、厚度约82m。同时也研究了X光曝光量与PMMA刻蚀深度之间的关系。微透镜阵列形貌测试表明此种制备微透镜阵列的新方法是可行的。     

128×128 PtSi红外焦平面用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.     

大视场曲面仿生复眼光学系统设计

为了解决传统成像系统存在的大视场与高分辨率不可兼得的问题,设计了大视场曲面仿生复眼光学系统。首先,针对所采用的间隔型圆周分层微透镜阵列排布方式,建立了一种曲面仿生复眼光学系统成像原理数学模型;再使用微透镜阵列与转像系统相结合的成像方案解决了微透镜阵列所成的曲面像与平面探测器不匹配的问题;并使用光学设计软件对该系统进行仿真分析及公差分析。设计得到的曲面仿生复眼光学系统总视场为152°,组合系统的焦距为61.14 mm,角分辨率为2.304″,系统总长为16.39 mm。相对传统的大视场成像系统而言,此曲面仿生复眼成像系统的畸变更小、分辨率更高。     

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。     

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.     

与光纤阵列耦合的微透镜阵列设计与损耗分析

设计了2种不同冠高的圆形微透镜阵列,将平行光耦合进16路单模光纤阵列和多模光纤阵列。每种微透镜阵列均由16个直径为120pm的平凸微透镜排成一行组成,相邻微透镜间距为127μm。模拟其成像特性知,2种微透镜可以将平行光会聚成在其像平面直径分别为8．0μm和32．5μm的光斑。分析了微透镜与光纤存在横向、纵向和角向误差3种位置失配时的耦合损耗,并得出对耦合损耗影响最大的因素是角向误差,由此得出：在微透镜与光纤耦合对准过程中,要注意减小角向误差。     

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，当需要逐税时将面临许多选择。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。虽然有些公司把这些光学元件组做成500mm大，但一般是由孔径小于1mm的衍射型、折射型或者全息型光学元件组成的（见图1）。这些阵列的种类也是大量的，系统的设计者们必须权衡各种技术的优点，以便能将它们结合进光子学产品中去。图1焦距为3．65μm的折射型环氧透镜阵列际边围）；用氦一氖激光照明产生的焦斑（右边图）…     

用于均匀照明的单片微透镜阵列面形设计

针对半导体光源不易均匀散射到一定的角度范围或均匀照射到确定平面上的问题,本文利用非成像光学方法设计了一种基于微透镜阵列的均匀散射透镜。该散射透镜由相同面元的微透镜周期性密排而成,微透镜单元为单曲面,根据不同应用,曲面面形可设计成不同的非球面形式。介绍了凸形、前曲面单片微透镜阵列的设计方法,并结合一些应用举例显示了该设计方法的可行性。最后讨论了凹凸面形、前后曲面微透镜阵列各自的应用场合及优缺点。     

基于棱镜和微透镜的LED混光投射透镜设计

基于透镜侧面棱镜和前后膜芯添加微透镜设计一款出光角度可变的均匀混光照明透镜。采用棱镜和微透镜结合的新型方法,分别对透镜外侧棱镜和模芯微透镜进行新的设计。对目标角度进行映射关系的计算及推导,得到全反射棱镜的轮廓曲线图,中心内外部分采用折射型的微透镜阵列,通过Solidworks建立透镜模型,然后导入光学仿真软件Lighttools中进行光线追迹。采用12颗30 mm×30 mm贴片式不同色温的LED作为光源,设计了一款高度20 mm,直径52 mm的单颗实用型投射透镜。仿真与实测结果表明：所设计的透镜匹配该阵列光源后,光学效率高于87%,半光强角为40.6°,可以实现均匀混光投射照明。     

使用液晶微透镜的高分辨率三维重建双模相机

提出了一种基于液晶微透镜阵列的双模成像相机。该相机通过打开或者关闭加载在液晶微透镜阵列上的低频电压信号可以快捷地在传统平面成像模式和光场成像模式之间进行切换。液晶微透镜阵列通过常规紫外光刻和湿法刻蚀技术制作而成。通过将液晶微透镜阵列和感光传感器阵列以及主镜头耦合到一起,构造了一个双模成像相机的原型。通过该双模成像相机开展了相关实验,获取了同一目标物的光场图像和平面图像,并对孔径设计和两种工作模式下的景深进行了分析,给出了光场成像模式下目标物三维信息的计算方法,通过将三维光场数据和对应二维平面数据的信息进行融合获得了高分辨率三维图像。     

相控阵透镜天线的配相研究

本文基于棱镜折射原理,提出一种用来放大相控阵天线扫描角的无源透镜。该透镜由任意旋转曲面形阵列或介质材料构成。给出了计算阵列透镜配相、介质透镜外形曲线和平面相控阵天线孔径相位的若干计算公式。当这种透镜与平面相控阵天线组合使用时,则可使单个平面相控阵天线波束获得半球空域的扫描能力。     

平面阵列天线面精度测量值的分析计算方法

本文介绍的是平面阵列天线面精度测量值的分析计算方法。由于天线面精度对天线副瓣,特别是低副瓣天线的副瓣影响甚大,近年来越发为设计人员所重视,在完成天线安装后,必须得到可靠的阵面面精度测量数据以便于设计人员进行评估和分析,用本文提出的数据处理方法进行测量值分析计算不失为一种简单易行的办法。     

平面阵列天线面精度测量值的分析计算方法

本文介绍的是平面阵列天线面精度测量值的分析计算方法。由于天线面精度对天线副瓣，特别是低副瓣天线的副瓣影响甚大。近年来越发为设计人员所重视，在完成天线安装后得到可靠的阵面面精度测量数据以便于设计人员进行评估和分析，用本文提出的数据处理方法进行测量值分析计算不失为一种简单易行的办法。     

微透镜阵列提高LED多芯片封装取光效率的仿真

提出在LED多芯片平面封装表面添加微透镜阵列,以提高取光效率。仿真分析了微透镜阵列的半径、间距和排列方式等对取光效率的影响。分析结果表明,通过在封装平面添加微透镜阵列,可以极大地提高取光效率,微透镜的填充因子是影响取光效率大小的关键因素,填充因子越大,则其取光效率越高;微透镜的排列方式对出射光强的分布也会产生影响。