微透鏡
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
微透鏡的實(shí)例教程
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(jiǎn)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(lái)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(lái)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(kāi) 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(jiǎn)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(lái)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(lái)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。
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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(jiǎn)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(lái)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(lái)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。
展開(kāi) 圖4縱向多焦點(diǎn)調(diào)制
經(jīng)過(guò)濕法刻蝕得到微透鏡的形貌如圖 5（a）所示，從頂視圖可以看出，經(jīng)過(guò)40 min HF刻蝕后，不同焦點(diǎn)個(gè)數(shù)燒蝕改性的結(jié)構(gòu)都已經(jīng)被刻蝕掉，最終都形成了較為理想的圓形輪廓。
為了更加準(zhǔn)確地表征縱向多焦點(diǎn)全息加工方式對(duì)微透鏡尺寸的控制能力，將使用不同焦點(diǎn)個(gè)數(shù)下制備的微透鏡的尺寸數(shù)據(jù)總結(jié)，如圖 5（b）所示。微凹透鏡光學(xué)參數(shù)的計(jì)算結(jié)果如圖 5（c）所示。
圖5 全息調(diào)制的焦點(diǎn)個(gè)數(shù)制備的微透鏡和表征
（3）并行微透鏡陣列的制備和成像測(cè)試
通過(guò)ORA算法計(jì)算得到相應(yīng)的全息圖，并利用激光單次曝光燒蝕和濕法刻蝕直接得到呈六方排列的微透鏡陣列。
如圖 6（b）所示，經(jīng)過(guò)40 min刻蝕即可得到填充因子為100%的微透鏡陣列，且不同位置的微透鏡結(jié)構(gòu)均勻。
隨后我們利用如圖 6（a）所示的測(cè)試系統(tǒng)對(duì)該三維微凹透鏡陣列的三維成像效果進(jìn)行分析。
其結(jié)果如圖 6（c）和（d）所示，其中紅色為最外圈微凹透鏡的成像效果，綠色為中心微凹透鏡的成像效果。
此外，利用縱向焦點(diǎn)個(gè)數(shù)調(diào)制的方式，結(jié)合樣品臺(tái)與SLM動(dòng)態(tài)聯(lián)動(dòng)，對(duì)不同位置使用不同焦點(diǎn)個(gè)數(shù)的全息來(lái)實(shí)現(xiàn)不同尺寸微透鏡陣列的高效制備，其理論最大加工速度可達(dá)60個(gè)/s。制備得到的不同尺寸微凹透鏡陣列的頂視圖如圖 6（e）所示，在不改變激光脈沖能量的情況下，在相同樣品表面可以實(shí)現(xiàn)不同尺寸的微透鏡陣列。
由于不同尺寸的微凹透鏡具有相同的擬合半徑和焦距，但是其底部距離表面的位置不一樣，因此具有不同焦平面，即該微凹透鏡陣列具有三維的成像能力。如圖 6（f）所示，不同微透鏡陣列都可以具有比較好的成像效果，且隨著微透鏡數(shù)值孔徑的增加，“F”的清晰度隨之增加。
展開(kāi) 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(jué)。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(wú)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(guò)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(shù)脂并得到不同曲率的液面，最后經(jīng)過(guò)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(kāi) 
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</p><p><strong>內(nèi)容簡(jiǎn)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！
</p><p>核心模組主要是由玻璃基板以及微透鏡陣列構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)“芯片”，模組入光面由上百個(gè)微型透鏡組成，主要是將入射光聚焦到中間層；模組中間層是圖像掩膜，通過(guò)光刻工藝實(shí)現(xiàn)了所需的投影圖像陣列；模組出光面同樣是一層微透鏡陣列結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)將掩膜上的圖案精確成像并投射到目標(biāo)面，每個(gè)透鏡單元投影的疊加最終形成明亮清晰的最終圖像。</p><p>光闌用于阻擋雜散光，能夠消除投影成像過(guò)程中鬼影等問(wèn)題。
VirtualLab Fusion自由空間傳播方法
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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
與諸如磨砂玻璃、乳色玻璃和全息元件等隨機(jī)漫射體截然不同，工程漫射體要求對(duì)于每個(gè)散射中心，通常為微透鏡單元，都進(jìn)行控制。例如全息漫射體可以視為一組隨機(jī)排列的透鏡，但是通過(guò)全息曝光形成的類透鏡效果只能通過(guò)靜態(tài)方式進(jìn)行控制：而無(wú)法單獨(dú)操控每個(gè)微透鏡單元，這也幫助解釋了全息漫射體無(wú)法控制光的分布和輪廓。另一方面，在工程漫射體中，每個(gè)微透鏡單元形成漫射體，由其凹形縱斷面和在陣列中的位置所確定。
（4）微透鏡陣列
微透鏡陣列通過(guò)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%。
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光電探測(cè)器頂部有一個(gè)彩色濾光片和一個(gè)將光聚焦到光電二極管上的微透鏡。
單個(gè)光電探測(cè)器的幾何結(jié)構(gòu)
每個(gè)光電探測(cè)器都由硅基板、勢(shì)阱和測(cè)量入射光子的光電二極管組成。彩色濾光片和微透鏡對(duì)光進(jìn)行過(guò)濾和聚焦，晶體管和總線放大并傳輸產(chǎn)生的電流。
該光電探測(cè)器陣列以芯片為中心，裝配在透鏡的焦平面。此外，該陣列還被用于裝配和輸出數(shù)字圖像的模擬和數(shù)字電路所包圍。
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單個(gè)光電探測(cè)器的幾何結(jié)構(gòu)
每個(gè)光電探測(cè)器都由硅基板、勢(shì)阱和測(cè)量入射光子的光電二極管組成。彩色濾光片和微透鏡對(duì)光進(jìn)行過(guò)濾和聚焦，晶體管和總線放大并傳輸產(chǎn)生的電流。
該光電探測(cè)器陣列以芯片為中心，裝配在透鏡的焦平面。此外，該陣列還被用于裝配和輸出數(shù)字圖像的模擬和數(shù)字電路所包圍。
光電探測(cè)器頂部有一個(gè)彩色濾光片和一個(gè)將光聚焦到光電二極管上的微透鏡。
每個(gè)光電探測(cè)器都由硅基板、勢(shì)阱和測(cè)量入射光子的光電二極管組成。彩色濾光片和微透鏡對(duì)光進(jìn)行過(guò)濾和聚焦，晶體管和總線放大并傳輸產(chǎn)生的電流。
該光電探測(cè)器陣列以芯片為中心，裝配在透鏡的焦平面。此外，該陣列還被用于裝配和輸出數(shù)字圖像的模擬和數(shù)字電路所包圍。
