基于反射型微镜阵列实现变焦透镜的方法技术

本发明专利技术涉及光学领域，更具体的说，本发明专利技术涉及一种基于微镜阵列实现变焦反射镜的方法:利用MEMS微镜对光的振幅调制能力和阵列调制器对光场的二维空间调制能力，通过编程控制MEMS微镜阵列中每一单元的开关,生成参数可调的反射式菲涅尔波带片，完成调焦功能，形成的变焦距光学系统变焦快捷灵活、结构简单、体积小、重复性好、精度高、工作频带宽的优点，可广泛应用于显微镜、数码相机、望远镜等精密光学成像设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学领域，更具体的说，本专利技术涉及一种基于微镜阵列实现变焦反射 镜的方法。 技术背景 变焦距光学系统或变焦镜头被广泛用于显微镜、数码相机、望远镜等精密光学成 像设备，是一种重要的光学元件。而传统的变焦距光学系统通常分为两类，一种是切换不同 焦距的镜头，另一种是调节镜头在光轴上的位置，两者都需要较大的机械装置进行位置变 动，存在精度差、重复性差、变焦能力受限、体积大、操作不灵活的缺点。 近年来，随着衍射光学的发展，衍射光学在光学设计中不仅可以增加设计的自由 度，而且能够突破传统光学系统诸多方面的局限，在改善系统成像质量、减小体积和降低成 本等方面表现出传统光学系统无可比拟的优势，并受到越来越多的光学设计者的重视。菲 涅尔波带片作为一种典型的衍射光学元件，具有相对大的数值孔径/焦距比，使得其可以 在近场衍射聚焦，为很多体积受限的光学系统所采用。在对紫外区、红外区、太赫兹区和高 强度激光等传统光学透镜由于损耗过大无法胜任的场合，菲涅尔波带片可以成为透镜的一 个良好替代品。 本专利技术的初衷是利用MEMS微镜阵列对光的振幅调制能力，动态生成参数可调的 菲涅尔波带片，形成一种变焦快捷灵活、结构简单、体积小、重复性好、精度高、工作频带宽 的变焦距光学系统。
技术实现思路
本专利技术在于提供一种基于微镜阵列实现变焦反射镜的方法，通过对微镜阵列编程 控制微镜单元的开关使得微镜阵列动态生成参数可调的菲涅尔波带片，完成调焦功能，解 决传统的变焦距光学系统精度差、重复性差、变焦能力受限、操作不灵活等不足的同时，又 使得变焦系统具有结构简单、体积小、工作频带宽的优点。 本专利技术的技术方案如下： 一种基于微镜阵列实现变焦反射镜的方法，其特征在于：根据微镜阵列可以进行 选择性翻转，进而实现对空间光的振幅调制的原理，以编程控制微镜阵列来调制入射光 波，使其形成菲涅尔波带条纹，在波带片光轴焦点处各条纹形成的子波带发出的光相干增 强，编程改变菲涅尔波带片的半径和环带数，实现以反射型微镜阵列建立的程控变焦成像 系统的可变聚焦。 进一步，基于反射型微镜阵列实现可变聚焦，具体操作方法为：点光源经过扩束和 准直平行入射在微镜阵列上，微镜阵列显示计算机编程生成的菲涅尔波带片的模拟图像。 对于微镜阵列上菲涅尔模拟图像的生成，利用计算机上绘制的波带片黑白图像编 程控制微镜阵列进行选择性地翻转，使对应为白色的半波带位置上的所有微镜单元打开， 而对应为黑色的半波带位置上的所有微镜单元关闭，对照射其上的光波进行振幅调制，获 得近似菲涅尔波带片的光学性能。 为了使变焦系统体积更小，另一种实例是，对于微镜阵列上菲涅尔模拟图像的生 成，利用嵌入式系统里生成的波带片黑白图像编程控制微镜阵列进行选择性地翻转，使对 应为白色的半波带位置上的所有微镜单元打开，而对应为黑色的半波带位置上的所有微镜 单元关闭，对照射其上的光波进行振幅调制，获得近似菲涅尔波带片的光学性能。使得调焦 系统更小更紧凑。 本专利技术的有益效果是：： 1.利用MEMS微镜对光的振幅调制能力和阵列调制器对光场的二维空间调制能 力，生成参数可调的动态菲涅尔波带片，形成的变焦距光学系统具有变焦快捷灵活、结构简 单、体积小、重复性好、精度高的优点。 2.利用MEMS微镜阵列进行光场调制，微镜表面可镀有高性能金属反射膜，相对于 传统透射式光学透镜和相位调制型波带片，有更宽的工作频带。 3.此方法具有广泛的实用性，可应用于显微镜、数码相机、望远镜等精密光学成像 设备。【附图说明】 图1为菲涅尔波带片调节焦距的原理图。 图2为菲涅尔波带片图形和微镜阵列模拟波带片示意图。 图3为基于微镜阵列实现变焦反射镜系统的一个测试光路实例。 图4为微镜单元工作示意图。 图中为点光源；2为扩束和准直镜；3为微镜阵列和驱动电路；4为计算机或嵌 入式系统。【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明： 图1为菲涅尔波带片调节焦距的原理图。本专利技术基于菲涅尔波带片对光的衍射聚 焦原理，菲涅耳波带片实质上可看成是一种变间距光栅，最常见的圆形菲涅耳波带片由一 组同心环带构成。一般可将波带片分为振幅型波带片和位相型波带片。图1为一振幅型波 带片示意图。根据菲涅耳衍射原理，通过屏蔽菲涅耳半波带中的奇数带或偶数带，使透光的 半波带相对于波带片光轴上焦点处光程相差为波长A的整数倍时，该点的光强被大大增 强，达到聚焦的作用，每级半波带的半径需要满足公式【主权项】1. 一种基于微镜阵列实现变焦反射镜的方法，其特征在于：根据微镜阵列可以进行选 择性翻转，进而实现对空间光的振幅调制的原理，以编程控制微镜阵列来调制入射光波， 使其形成菲涅尔波带条纹，在波带片光轴焦点处各条纹形成的子波带发出的光相干增强， 编程改变菲涅尔波带片的半径和环带数，实现以反射型微镜阵列建立的程控变焦成像系统 的可变聚焦。2. 根据权利要求1所述的一种，其特征在 于，基于反射型微镜阵列实现可变聚焦，具体操作方法为：点光源经过扩束和准直平行入射 在微镜阵列上，微镜阵列显示编程生成的菲涅尔波带片的模拟图像。3. 根据权利要求2所述的一种基于微镜阵列实现变焦反射镜的方法，其特征在于：微 镜阵列上菲涅尔模拟图像的生成，利用计算机上绘制的波带片黑白图像编程控制微镜阵列 进行选择性地翻转，使对应为白色的半波带位置上的所有微镜单元打开，而对应为黑色的 半波带位置上的所有微镜单元关闭，对照射其上的光波进行振幅调制，获得近似菲涅尔波 带片的光学性能。4. 根据权利要求2所述的一种基于微镜阵列实现变焦反射镜的方法，其特征在于：微 镜阵列上菲涅尔模拟图像的生成，利用嵌入式系统里生成的波带片黑白图像编程控制微镜 阵列进行选择性地翻转，使对应为白色的半波带位置上的所有微镜单元打开，而对应为黑 色的半波带位置上的所有微镜单元关闭，对照射其上的光波进行振幅调制，获得近似菲涅 尔波带片的光学性能。【专利摘要】本专利技术涉及光学领域，更具体的说，本专利技术涉及一种基于微镜阵列实现变焦反射镜的方法:利用MEMS微镜对光的振幅调制能力和阵列调制器对光场的二维空间调制能力，通过编程控制MEMS微镜阵列中每一单元的开关,生成参数可调的反射式菲涅尔波带片，完成调焦功能，形成的变焦距光学系统变焦快捷灵活、结构简单、体积小、重复性好、精度高、工作频带宽的优点，可广泛应用于显微镜、数码相机、望远镜等精密光学成像设备。【IPC分类】G02B26-08【公开号】CN104765145【申请号】CN201510176218【专利技术人】张智海, 张文凯, 路远, 张聪 【申请人】重庆大学【公开日】2015年7月8日【申请日】2015年4月15日本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微镜阵列实现变焦反射镜的方法，其特征在于：根据微镜阵列可以进行选择性翻转,进而实现对空间光的振幅调制的原理，以编程控制微镜阵列来调制入射光波，使其形成菲涅尔波带条纹，在波带片光轴焦点处各条纹形成的子波带发出的光相干增强，编程改变菲涅尔波带片的半径和环带数，实现以反射型微镜阵列建立的程控变焦成像系统的可变聚焦。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张智海，张文凯，路远，张聪，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85