微透镜原理及其在应用
、微透镜简介
透镜是一种人们非常熟悉的光学元件，它属于被动光学元件，在光学系统中用来会聚、发散光辐射。通常的透镜体积比较大，人眼能看得到，属于折射型光学元件，
遵循折射定律，用几何光学的知识就能很好地研究它们的光学性质。相同的透镜按一定的周期排列在一个平面上便构成了透镜阵列，由普通的透镜组成的透镜阵列的
光学性质就是单个透镜功能的合成。
然而，随着科学技术的进步，当前的仪器设备已朝着光、机、电集成的趋势发展趋势。利用传统方法制造出来的光学元件不仅制造工艺复杂，而且制造出来的光学元
件尺寸大、重量大，已不能满足当今科技发展的需要。目前，人们已经能够制作出直径非常小的透镜与透镜阵列，这种透镜与透镜阵列通常是不能被人眼识别的，只
有用显微镜、扫描电镜、原子力显微镜等设备才能观察到，这就是微透镜和微透镜阵列。
微透镜阵列作为一种重要的光学元件，具有体积小、重量轻、集成度高的特
点，吸引了大量的目光。伴随着半导体工业的发展，光刻和微细加工技术的提高，自上世纪八十年代起，相继出现了一系列崭新的微透镜阵列制作技术。由于透镜阵
列器件分为折射型微透镜阵列和衍射型微透镜阵列，它们在制作工艺也开发出不同的方法。
由于微透镜阵列在微光学系统中有着重要而广泛的应用，如可用于光信息处理、光计算、光互连、光数据传输、生成二维点光源，也可用于复印机、图像扫描仪、传
真机、照相机，以及医疗卫生器械中。此外，微透镜阵列器件也实现了微型化和集成化，使得其具有很强的适应性，可广泛用于通信、显示和成像器件当中。用于半
导体激光器的椭圆形折射微透镜阵列，能够实现激光器的聚焦与准直，激光二极管(LD)的光束整形，
它还可用于光纤、光学集成回路之间，实现光器件的有效耦
合。在光纤通信中，椭圆形微透镜将来自自由空间的光耦合进光纤，并校准从光纤出来的光。目前微透镜阵列己经在原子光学领域有所应用，利用微透镜阵列做成原
子波导、分束器、马赫一曾德尔干涉仪或利用其捕获原子或者对中性原子进行量子信息处理。因此对于微透镜阵列使用材料，制作工艺和用途方面的研究十分必要。
周期5um微透镜列阵结构
二、三维成像中的应用
（1）算法重构
目前，国外 CCD
技术发达国家和地区，如日本、美国和欧洲，日本柯达公
司的 KAF-16801E
已用于摄像机中，并带有 CCD
与微透镜阵列集成，
以提高占空比。美国 Honeywell
技术中心传感器研究部 90
年代报导，他们不仅
实现了可见光 CCD/微透镜集成，也实现了红外焦平面/微透镜集成。
微透镜阵列属于光轴平行型二维光学阵列，各个光学单元的投影变换性质没有改变，其成像特性有三类：一是多重成像特性，即具有Ⅳ个透镜元可成Ⅳ个像；二是角
落成像；三是综合成像，即在一定条件下，平面微透镜阵列的Ⅳ个单独像会相互重叠并形成一个综合像，并且经理论计算，单层平面微透镜阵列只能形成多重像。
了获得实时的三维显示，传统上是通过光学办法对三维物体图像进行重构。但是这种光学重构的方法存在着很多的不足，主要原因在于进行光学重构时，整个光路不
可避免地会受到杂散光的影响。此外，整个重构光学系统还要受到系统装调、光学设备性能的影响，这些都大大降低了重构得到的三维物体图像的分辨率。近年来，集成成像法作为一种三维立体成像技术，受到了越来越广泛的关注。集成成像技术与以往的编码孔径成像等方法不同，是用2D微透镜阵列获得多方位视角的单元图像实现3D成像的技术，可广泛用于三维电视和虚拟现实，也可以用于三维图像识别和光学神经网络。
三维物体成像过程
（2）人工复眼
人工复眼结构利用微透镜对各个空间方位进行监视，可以在大视场范围内实现对目标的快速定位和观测。曲面载体微光学元件制备技术的突破使得人工复眼结构及曲面载体微元件的制备和应用成为了可能，在生物医学、精密测量与成像领域将具有重要的应用价值。
人工复眼结构SEM图片
已投稿到：
以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。准直透镜实现LED高效照明
日 09:28 来源：中国科学报 作者：秩名 (0)
　　中科院西安光学精密机械研究所信息光子学研究室的科研人员，近期设计出用于实现LED高效准直照明的透镜。近日，国际光电领域权威杂志《激光世界》的主编John Wallace在LED OPTICS（LED光学）专栏上，对这一新的设计方法进行了专题报道。
　　LED作为第四代照明光源，实现高效出光、准直照明是关键。John Wallace认为，研究者采用简单、快速的方法，设计出两种非成像LED准直透镜，这与现有LED光学设计通常采用的复杂迭代软件设计方法完全不同。该准直透镜是非常有效的，可以把LED发出光线的80%聚焦成5米半径的圆柱，传出距离光源200米的路面。
相关技术文章：
相关资料下载：
上周热点文章排行榜
上周资料下载排行榜
技术交流、我要发言！ 发表评论可获取积分！ 请遵守相关规定。
创新实用技术专题
就华为因为是中国公司，顺理成章地，被贴上“商业政治间谍”、“...用于准直光束的非球面透镜的球差_百度文库
两大类热门资源免费畅读
续费一年阅读会员，立省24元！
用于准直光束的非球面透镜的球差
上传于||暂无简介
阅读已结束，如果下载本文需要使用1下载券
想免费下载本文？
定制HR最喜欢的简历
下载文档到电脑，查找使用更方便
还剩10页未读，继续阅读
定制HR最喜欢的简历
你可能喜欢& 光纤准直器
光纤准直器
光纤准直器是光无源器件中的一个重要的组件，在光通信系统中有着非常普遍的应用。它是由单模尾纤和准直透镜组成，具有低插入损耗，高回波损耗，工作距离长，宽带宽，高稳定性，高可靠性，小光束发散角，体积小和重量轻等特点。可将光纤端面出射的发散光束变换为平行光束，或者将平行光束会聚并高效率耦合入光纤，是制作多种光学器件的基础器件，因此被广泛应用于光束准直，光束耦合，光隔离器，光衰减器，光开关，环行器，ＭＭ，密集波分复用器ＥＳ之中。
1&&2&&3&&4&&
1光纤准直器的结构与参数
　　光纤准直器的结构参数如图 5 所示，因光纤头端面的 8 度斜角，造成输出光束与准直器轴线存在夹角θ，称为点精度。图 6 所示为两准直器的理想耦合情况，二者的输出光场完全重合，其间距为准直器的工作距离Zw。准直器输出高斯光束的束腰距离其端面Zw/2，束腰直径为 2ωt，而高斯光束的发散角与其束腰直径成反比关系。到此我们介绍了光纤准直器的三个主要参数：工作距离、点精度和光斑尺寸。
2光纤准直器的原理
　　光纤准直器的基本原理是，将光纤端面置于准直透镜的焦点处，使光束得到准直，然后在焦点附近轻微调节光纤端面位置，得到所需工作距离，因此准直器的工作距离与光纤头和透镜的间距 L相关。光纤准直器的设计方法是，根据实际需求确定准直器的工作距离，依据高斯光束传输理论，确定光纤头和透镜间距 L并计算光斑尺寸，然后依据光线理论计算准直器的点精度。3光纤准直器的优点
　　低插损、高回损、尺寸小
　　工作距离长、宽带宽
　　高稳定性、高可靠性4光纤准直器的装配
　　(1)采用斜端面插针耦合,可大大提高光纤准直器的回波损耗,当斜面倾角为8°01%增透膜时,光纤准直器的时,光纤准直器的自聚焦透镜后端面镀反射率为0.回波损耗可达60dB。采用斜端面插针耦合,主要是为了满足器件高回波损耗的求,角度越大,准直器的回波损耗越大。但插针的端面角度越大,准直器的插入损耗就会越大(要求是:插入损耗越小越好,回波损耗越大越好),这和准直器要求的低插入损耗矛盾,对于准直器插入损耗而言,透镜和毛细管是垂直端面最为理想。因此本文采用8°是针对环行器在这种互相制约关系下的一个折中。视应用场合不同其端面斜角可做成6°、8°、9°、11°或任何角度。
　　(2)透镜与光纤毛细管端面的间隙也主要是和器件高回波损耗有关,为了达到器件高回波损耗的要求,其间隙一般大于200μm,当间隙大于200μm,器件的回波损耗值近似达到理论上最大值。但透镜和毛细管端面的间隙越大,同时会造成准直器的插入损耗增大,这又是一对矛盾,根据准直器图纸的精度要求,其间隙是0.385mm,这同时能满足高回波损耗的距离要求,也能使其插入损耗达到要求。准直器的插入损耗和回波损耗相比较而言,回波损耗更容易保证,因此在准直器装配时,以其插入损耗为检测依据,就是这个道理。
浏览次数：约 381 次
编辑次数：0次
最近更新：
创建者：ckadmin2010
京公网安备:09号
Copyright (C)
All Rights Reserved 版权所有工具类服务
编辑部专用服务
作者专用服务
一种LED准直透镜的设计方法
申请（专利）号：
申请日期：
公开(公告)日：
公开(公告)号：
主分类号：
F21V5/04,F21V5/00,F,F21,F21V,F21V5
F21V5/04,F21V5/00,F,F21,F21V,F21V5
申请（专利权）人：
东莞勤上光电股份有限公司
发明（设计）人：
闫国栋,石智伟
主申请人地址：
523565 广东省东莞市常平镇横江厦村东莞勤上光电股份有限公司
专利代理机构：
东莞市华南专利商标事务所有限公司 44215
国别省市代码：
一种LED准直透镜的设计方法，其特征在于：其包括以下步骤：??1）、初定LED准直透镜的出光口的口径大小R、厚度L、出光面的纵截面的边线与底面的夹角a、LED准直透镜的LED灯珠安装孔的高度h、LED准直透镜的折射率n’，LED准直透镜的光束发散角B度；先根据折射定律计算出全反射光线与出光面之间的第一夹角范围，进而计算出全反射光线与LED准直透镜的轴线之间的第二夹角范围，全反射光线在轴线两侧的夹角范围分别在c1、c2度之内；2）、根据LED灯珠的大小，选择两个边缘发光点S1、S2；其中S1至S2之间的距离与LED灯珠的直径相等，线段S1S2的中垂线为LED准直透镜的轴线，其中边缘发光点S1、S2分别位于所述轴线的左侧和右侧；3）、选择初始折射点Pn和初始全反射点Qn，以及初始点E、点A；其中，点A、点E均在轴线上，线QnE为出光面的纵截面的边线，Qn到所述轴线的距离为出光口直径的一半即R/2，Qn到线段S1S2的垂直距离为LED准直透镜的厚度L，A到线段S1S2的垂直距离为LED灯珠的安装孔的高度h，Pn点靠近A点，且Pn、Qn均位于轴线的一侧；点E为出光面的中心点；3）、确定第一折射面上的点P(n??1)；边缘发光点S2发光的光线S2Pn经过第一折射面折射后形成折射光线PnQn，根据折射定律可以计算出点Pn处的法线方向和切线，折射光线PnQn在点Qn发生全反射形成反射光线T1；边缘发光点S1的发光光线S1P(n??1)经过第一折射面折射形成折射光线P(n??1)Qn，P(n??1)Qn在点Qn发生全反射形成反射光线T2；反射光线T1背向轴线倾斜，且反射光线T1与轴线夹角为c1，反射光线T2向轴线倾斜，且反射光线T2与轴线夹角为c2；由此通过反射定律可计算出Qn点的法线方向、切线方向以及折射光线P(n??1)Qn方向，点Pn处的切线的延长线与折射光线P(n??1)Qn的交点即为P(n??1)点，同时还可以计算出P(n??1)点的法线方向和切线；4）、确定全反射面上的点Q(n??1)；边缘发光点S2的光线S2P(n??1)经过第一折射面的点P(n??1)折射后形成折射光线P(n??1)Q(n??1)，根据折射定律可以确定折射光线P(n??1)Q(n??1)的方向，折射光线P(n??1)Q(n??1)与点Qn的切线的延长线的交点即为点Q(n??1)；5）、令n=（n??1）、（n??2）、（n??3）……（m+1）；重复3）、4）步骤，计算出点P(n??2)……Pm以及点Q(n??2)……Qm，直到Ｐm、Qm位于点S1、点S2的连线上；6）、通过平滑的曲线将A、Pn、P(n??1)、P(n??2)……Pm连接形成第一折射面，以及通过平滑的曲线将Qn、Q(n??1)、Q(n??2)……Qm连接形成全反射面；7）、将第一折射面、全反射面、线QnE、线QmPm绕轴线旋转一周便得到LED准直透镜。
法律状态：
公开，实质审查的生效，实质审查的生效
相关检索词
万方数据知识服务平台--国家科技支撑计划资助项目（编号：2006BAH03B01）(C)北京万方数据股份有限公司
万方数据电子出版社