陣列透鏡
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-11-08
陣列透鏡的實(shí)例教程
微透鏡陣列是由微米級(jí)或亞毫米級(jí)透鏡按一定規(guī)律排列而成的陣列，被廣泛應(yīng)用于光學(xué)和光子學(xué)領(lǐng)域，包括立體顯示、光均勻化、光束整形和三維成像等。與單個(gè)透鏡相比，微透鏡陣列可以收集每一點(diǎn)上的信息，如入射光線的強(qiáng)度和角度。在集成成像系統(tǒng)中，微透鏡陣列上的透鏡從不同的觀察角度在不同的空間位置捕捉一組子圖像，而這些圖像可以被重建在一起以提供一個(gè)偽視覺。此外，在光場(chǎng)成像系統(tǒng)中，位于物鏡和圖像傳感器之間的微透鏡陣列能夠在單次攝影曝光下收集空間和方向信息，無需聚焦于3D物體。大多數(shù)的微透鏡陣列中，所有透鏡的焦距都是相同的，這導(dǎo)致景深狹窄、深度感知能力有限。因此，這些微透鏡陣列不能直接獲取距離不同的物體的清晰圖像。
近日，上海理工大學(xué)張大偉教授課題組提出了一種多焦距微透鏡陣列的制作方法。該微透鏡陣列制造過程具體如下：首先，利用摩方精密面投影微立體光刻3D打印技術(shù)（nanoArch P140，BMF Precision，Shenzhen, China）制備出孔壁呈不同傾斜角度的微孔陣列，再采用旋涂的方法使微孔中殘留部分光敏樹脂并得到不同曲率的液面，最后經(jīng)過PDMS翻模即可得到多焦距微透鏡陣列。該多焦距透鏡陣列能夠擴(kuò)展成像景深，具有感知物體深度的能力。該成果以“Fabrication of uniform-aperture multi-focus microlens array by curving microfluid in the microholes with inclined walls”為題發(fā)表在光學(xué)期刊Optics Express上。
展開 如上圖所示為復(fù)眼透鏡陣列，該圖片由 In Vision 公司提供。陣列中每個(gè)獨(dú)立的光學(xué)元件的輪廓可以是方形或矩形的，并且每個(gè)光學(xué)元件的外形可以為球面或非球面（例如 X和 Y 方向光焦度不同的情況）。通常情況下，陣列中的光學(xué)元件只在一個(gè)表面上有光焦度，另一個(gè)表面通常為平面。
如果想要在 OpticStudio 中模擬該元件，最簡單的方式是使用透鏡陣列1 (Lenslet Array 1) 物體（也可以使用透鏡陣列 2 (Lenslet Array 2) 物體）。透鏡陣列1物體由矩形體陣列組成，每個(gè)單元的前表面為平面，后表面可由用戶自定義為曲面表面。陣列的表面可以為平面、球面、圓錐面或多項(xiàng)式表示的非球面，也可以為球面、圓錐面或多項(xiàng)式非球面系數(shù)表示的柱面。該物體類型的定義方式非常靈活，并且我們可以對(duì)陣列中每個(gè)元件的實(shí)際形狀進(jìn)行優(yōu)化。
上圖所示是使用一個(gè)透鏡陣列1物體生成的 7x5 矩形透鏡陣列，每個(gè)單元是球面透鏡的一部分矩形區(qū)域。我們也可以使用其他物體類型進(jìn)行建模，例如透鏡陣列 2 物體或六邊形透鏡陣列 (Hexagonal Lenslet Array) 物體。
在序列模式下可以使用用戶自定義表面功能對(duì)透鏡陣列進(jìn)行建模。OpticStudio 提供了球面陣列、圓錐非球面陣列、偶次非球面陣列以及柱形透鏡陣列的示例。
如何實(shí)現(xiàn)均勻照明
復(fù)眼透鏡陣列通常成對(duì)出現(xiàn)，并與聚光鏡一起為照明平面提供均勻的輻照度分布。第一個(gè)復(fù)眼透鏡陣列通常稱為物鏡陣列，第二個(gè)沿光軸的復(fù)眼透鏡陣列稱為場(chǎng)鏡陣列。在本例中我們首先考慮物鏡陣列。物鏡陣列的功能與相機(jī)中的物鏡類似，它用來對(duì)物體進(jìn)行成像，或?qū)⒈纠械墓庠闯上裨谖镧R陣列的后焦面上，如下圖所示。
展開 介紹
小透鏡陣列可應(yīng)用在很多方面，其中包含光束均勻化。本文演示了一個(gè)用于在探測(cè)器上創(chuàng)建均勻的非相干照度的成像微透鏡陣列的設(shè)計(jì)。輸入光束具有高斯輪廓，半寬度等于微透鏡陣列大小，并且顯示了其功率輪廓被微透鏡陣列消除掉。
系統(tǒng)輸出
簡單示例系統(tǒng)由單色光源組成，空間高斯切趾功率（1/e2=5mm）和0.6度半發(fā)散角，兩個(gè)相同的33*33透鏡陣列（10mm孔徑），微透鏡焦距4.80mm和單個(gè)微結(jié)構(gòu)0.3mm，成像透鏡焦距100mm及位于成像透鏡的后焦平面位置的一個(gè)探測(cè)器平面。
成像結(jié)構(gòu)如下所示，fLA1 < a12 < fLA1 + fLA2。在探測(cè)器平面上照明區(qū)域的直徑由下式給出：
照明平面上的半發(fā)散角度由下式給出：
在FRED文件給出的例子中，對(duì)于指定的微透鏡陣列和成像透鏡，結(jié)構(gòu)如下給出：
DFT=6.07mm
θ≈4.4o
微透鏡構(gòu)建
微透鏡的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)輸入平面，陣列式的基面和接近于微透鏡陣列裁剪體的外邊緣表面。這些組件如下所示：
可以采取以下步驟來創(chuàng)建微透鏡陣列的幾何結(jié)構(gòu)。
1.創(chuàng)建一個(gè)組件來控制微透鏡陣列的組件（Menu > Create > New Subassembly）。
2.創(chuàng)建一個(gè)半寬度對(duì)應(yīng)陣列微透鏡的輸入平面。在這個(gè)例子中，微透鏡間距是0.3毫米，微透鏡的數(shù)量是33x33，所以平面半寬度是16 *0.3+0.15=4.95mm。FRED原始構(gòu)造用于定義平面（Menu>Create>New Element Primitive>Plane）。創(chuàng)建一個(gè)半寬度對(duì)應(yīng)排列微透鏡的輸入平面。在這個(gè)例子中，微透鏡間距是0.3毫米，微透鏡的數(shù)量是33x33，所以平面半寬度是16 *0.3+0.15=4.95mm。
展開 介紹
小透鏡陣列可應(yīng)用在很多方面，其中包含光束均勻化。本文演示了一個(gè)用于在探測(cè)器上創(chuàng)建均勻的非相干照度的成像微透鏡陣列的設(shè)計(jì)。輸入光束具有高斯輪廓，半寬度等于微透鏡陣列大小，并且顯示了其功率輪廓被微透鏡陣列消除掉。
系統(tǒng)輸出
簡單示例系統(tǒng)由單色光源組成，空間高斯切趾功率（1/e2=5mm）和0.6度半發(fā)散角，兩個(gè)相同的33*33透鏡陣列（10mm孔徑），微透鏡焦距4.80mm和單個(gè)微結(jié)構(gòu)0.3mm，成像透鏡焦距100mm及位于成像透鏡的后焦平面位置的一個(gè)探測(cè)器平面。
成像結(jié)構(gòu)如下所示，fLA1 < a12 < fLA1 + fLA2。在探測(cè)器平面上照明區(qū)域的直徑由下式給出：
照明平面上的半發(fā)散角度由下式給出：
在FRED文件給出的例子中，對(duì)于指定的微透鏡陣列和成像透鏡，結(jié)構(gòu)如下給出：
DFT=6.07mm
θ≈4.4o
微透鏡構(gòu)建
微透鏡的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)輸入平面，陣列式的基面和接近于微透鏡陣列裁剪體的外邊緣表面。這些組件如下所示：
可以采取以下步驟來創(chuàng)建微透鏡陣列的幾何結(jié)構(gòu)。
1.創(chuàng)建一個(gè)組件來控制微透鏡陣列的組件（Menu > Create > New Subassembly）。
2.創(chuàng)建一個(gè)半寬度對(duì)應(yīng)陣列微透鏡的輸入平面。在這個(gè)例子中，微透鏡間距是0.3毫米，微透鏡的數(shù)量是33x33，所以平面半寬度是16 *0.3+0.15=4.95mm。FRED原始構(gòu)造用于定義平面（Menu>Create>New Element Primitive>Plane）。創(chuàng)建一個(gè)半寬度對(duì)應(yīng)排列微透鏡的輸入平面。在這個(gè)例子中，微透鏡間距是0.3毫米，微透鏡的數(shù)量是33x33，所以平面半寬度是16 *0.3+0.15=4.95mm。
展開 作為最基本的微光學(xué)元件，微透鏡在多個(gè)領(lǐng)域都有非常廣泛的潛在應(yīng)用，然而常見的面向透明硬脆材料微透鏡的制備方法效率低下，且對(duì)作業(yè)環(huán)境的要求較高，極大地限制了透明硬脆材料微透鏡陣列的大面積制備。
近日，清華大學(xué)樊華博士后、吉林大學(xué)王磊副教授和徐穎教授等人在《液晶與顯示》（ESCI、核心期刊）發(fā)表了題為“飛秒脈沖激光空間光場(chǎng)調(diào)控的微透鏡陣列制備技術(shù)進(jìn)展”的綜述文章。
本文介紹了利用飛秒激光燒蝕結(jié)合濕法刻蝕制備硬脆材料微透鏡陣列的基本方法，并系統(tǒng)地分析了影響所制備微透鏡形貌的關(guān)鍵因素。通過在加工過程中對(duì)聚焦光斑的數(shù)量和位置進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，極大地提高了透明硬脆材料微透鏡陣列的加工效率，且可以在加工過程中動(dòng)態(tài)地調(diào)整飛秒激光燒蝕改性的形貌，從而實(shí)現(xiàn)不同尺寸微透鏡陣列的高速制備。
引言
微透鏡陣列對(duì)表面質(zhì)量和形貌要求比較高，因此對(duì)制備工藝提出了很嚴(yán)格的要求。科研人員提出了許多方法來實(shí)現(xiàn)具有高表面質(zhì)量的微透鏡陣列的高效制備，比如：
針對(duì)柔性材料的熱壓印成型方法實(shí)現(xiàn)了大面積微透鏡陣列；
利用灰度光刻工藝和轉(zhuǎn)印方法在柔性的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)襯底上實(shí)現(xiàn)了微透鏡陣列；
利用光刻和熱回流方式實(shí)現(xiàn)了基于聚二甲基硅氧烷材料的微透鏡陣列等。
上述方法可以實(shí)現(xiàn)具有較高表面質(zhì)量的微透鏡陣列，但通常需要使用復(fù)雜的工藝和步驟。此外，這些微透鏡基質(zhì)通常為軟質(zhì)材料，材料本身的機(jī)械抗性和耐酸堿的能力比較差。相對(duì)而言，透明硬脆材料例如石英、藍(lán)寶石等由于其極高的硬度和極強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，在光學(xué)窗口、光學(xué)元件等方面的應(yīng)用更加廣泛。
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陣列透鏡的最新內(nèi)容
共封裝光學(xué)光柵耦合器輸入-輸出設(shè)計(jì)
衍射光學(xué)的未來前景
超透鏡和共封裝光學(xué)可支持許多技術(shù)的發(fā)展，包括：
更纖薄、更緊湊的手機(jī)和攝像頭
可以取代CMOS圖像傳感器微透鏡陣列和Bayer彩色濾光片的超表面
輕巧緊湊，具有更明亮、更清晰畫面的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡
可取代傳統(tǒng)電子元件并實(shí)現(xiàn)更快通信的光子元件
先進(jìn)的醫(yī)療光學(xué)技術(shù)，包括共聚焦激光掃描顯微鏡、光學(xué)相干斷層掃描（OCT
</p><p><strong>內(nèi)容簡介：</strong>介紹Zemax中用于分析光纖耦合效率的功能模塊，包括FICL和POP，并根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品形態(tài)，介紹微透鏡陣列以及光纖陣列的建模方法，以及常用的公差分析方法及多物理場(chǎng)分析功能。</p><p><strong>本次活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)還特別準(zhǔn)備了互動(dòng)有禮環(huán)節(jié)：Ansys 定制小熊、盲盒、杜邦紙袋等驚喜禮品等你解鎖！
）投影燈是面向微型投影、標(biāo)識(shí)照明與車載氛圍顯示的微光學(xué)核心器件，通過微米級(jí)透鏡陣列實(shí)現(xiàn)高精度光場(chǎng)調(diào)控，可顯著提升光線利用率、投影均勻性與成像清晰度。
VirtualLab Fusion自由空間傳播方法
迭代傅里葉變化及角譜方法
將高斯光整形成矩形平頂光束的設(shè)計(jì)優(yōu)化
衍射光學(xué)元件分束設(shè)計(jì)優(yōu)化
生成圖案的衍射擴(kuò)散器設(shè)計(jì)
基于薄元近似的實(shí)際結(jié)構(gòu)與公差分析仿真
衍射光學(xué)元件加工文件導(dǎo)出
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周期性微納結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
傅里葉模態(tài)法（Fourier Modal Method）仿真
微透鏡陣列仿真
（4）微透鏡陣列
微透鏡陣列通過分割光束并疊加干涉，實(shí)現(xiàn)多模激光的均勻化輸出，其設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于抑制干涉效應(yīng)、提升能量利用率。李龐躍等人[5]為提高線陣半導(dǎo)體激光器的光束均勻性，滿足小型掃描成像系統(tǒng)的微型化需求，提出了一體化透鏡陣列光束整形系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。能量利用率達(dá)88.79%，均勻性94.51%。
光源模塊導(dǎo)入 LED / 激光模型，依托軟件材料庫定義光譜分布、發(fā)散角與光通量參數(shù)；搭建微透鏡陣列與復(fù)曲面透鏡組成的準(zhǔn)直勻光結(jié)構(gòu)，參數(shù)化控制透鏡曲率、厚度與間距。
DMD 芯片模塊采用 MEMS 對(duì)象建模，按實(shí)際芯片參數(shù)定義微鏡尺寸、陣列排布與偏轉(zhuǎn)角度。
VirtualLab：CMOS傳感器仿真2個(gè)月前
微透鏡陣列CMOS傳感器分析
利用嚴(yán)格的FMM/RCWA，我們模擬了一個(gè)像素尺寸等于或小于2μm的CMOS傳感器，并研究了在如此小的尺度下衍射效應(yīng)對(duì)器件性能的影響。
場(chǎng)內(nèi)部組件分析儀:FMM
介紹了一種能夠顯示光柵元件內(nèi)部電磁場(chǎng)的分析儀。
[VirtualLab] 微透鏡陣列CMOS傳感器分析2個(gè)月前
? 平面波光源
? 微透鏡陣列
? 彩色濾光片(吸收介質(zhì))
? 通過基底傳播
? 探測(cè)
連接建模技術(shù)：微透鏡
連接建模技術(shù)：彩色濾光片
連接建模技術(shù)：可編程介質(zhì)
連接建模技術(shù)：自由空間傳播
連接建模技術(shù)：堆棧
在VirtualLab Fusion中，堆棧是配置具有小特征尺寸和距離結(jié)構(gòu)的一種便捷的方法。
[VirtualLab] 點(diǎn)陣投影儀功能原理的演示2個(gè)月前
通常，該系統(tǒng)包括發(fā)光單元、透鏡和分束光柵的陣列。透鏡系統(tǒng)和光柵協(xié)同工作，多次投射和復(fù)制陣列源圖案。在這個(gè)例子中，我們構(gòu)建了一個(gè)這樣的點(diǎn)投影系統(tǒng)來展示它的工作原理。使用VirtualLab Fusion，我們可以為系統(tǒng)分析執(zhí)行光線和場(chǎng)追跡。
從上到下，主要 Components是微透鏡陣列、紅/綠濾光片、金屬布線和過孔、抗反射 （AR） 涂層和硅襯底。每個(gè)像素的寬度為2mm，使模擬區(qū)域?yàn)?mm寬。仿真區(qū)域在X方向上設(shè)置了Bloch邊界條件，在Y方向上設(shè)置了PML吸收邊界條件。平面波源從結(jié)構(gòu)的頂部入射。光源波長為550nm（綠色）。我們預(yù)計(jì)通過綠色像素的透射率高，通過紅色像素的透射率低。
