一种基于液晶微透镜阵列的距离测量方法技术

本发明专利技术提出了一种基于液晶微透镜阵列的距离测量方法，所述方法包括构建微透镜阵列的透射率函数；基于所述透射率函数，计算所述微透镜阵列对应光场复振幅分布的傅里叶变换表达式；根据预设空间相位移动项和所述傅里叶变换表达式，建立相应自成像函数并解算。本申请有助于实现通过微透镜阵列对泰伯像距离进行测量。测量。测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于液晶微透镜阵列的距离测量方法


[0001]本专利技术涉及涉及微透镜阵列焦距测量
，尤其涉及一种基于液晶微透镜阵列的距离测量方法。

技术介绍

[0002]微透镜阵列（MLA）是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高的特点，使得它能够完成传统光学元件无法完成的功能，并能构成许多新型的光学系统。微透镜以其独特的光学性能，具有轻量化、薄膜化、集成化的优点，打破了传统光学的限制，使得系统更容易集成，在哈特曼传感器、立体成像、光场显示、光束耦合、光束匀化等领域有着广泛的应用。
[0003]公开号为CN102494873B的中国专利公开了一种微透镜阵列焦距的测量方法，该方法包括结合清晰度函数定焦分析，利用光栅衍射分光的原理测量微透镜阵列焦距，平行入射光经过光栅后，由于高级次衍射光光强较小可忽略，其出射光被分成3束：0级、+1级和
‑
1级，通过测量光栅分光后在微透镜各个子孔径中的0级和
±
1级的光斑中心距，完成对微透镜阵列焦距的测量，虽然该方法操作简便易行，但仅能测量微透镜阵列焦距，无法检测产生泰伯像的距离。因此，提供一种基于液晶微透镜阵列的距离测量方法，来实现对泰伯像距离的测量，是非常有必要的。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种基于液晶微透镜阵列的距离测量方法，通过微透镜阵列的透射率函数和光场复振幅分布的傅里叶变换表达式，构建泰伯自成像函数，以实现对泰伯像距离的测量。
[0005]本专利技术提供了一种基于液晶微透镜阵列的距离测量方法，所述方法包括：构建微透镜阵列的透射率函数；基于所述透射率函数，计算所述微透镜阵列对应光场复振幅分布的傅里叶变换表达式；根据空间相位移动项和所述傅里叶变换表达式，建立相应自成像函数并解算。
[0006]在以上技术方案的基础上，优选的，所述构建微透镜阵列的透射率函数包括：基于阵列定理计算单元微透镜的透射率函数；对所述单元微透镜的透射率函数进行卷积运算，以获取所述微透镜阵列的透射率函数。
[0007]在以上技术方案的基础上，优选的，所述基于阵列定理计算单元微透镜的透射率函数，具体为：
[0008]利用δ函数的筛选性质，
[0009]基于入射光波为平面波，则所述单元微透镜的透射率函数为：
[0010]其中，N表示衍射屏上形状完全相同孔径的数量，表示各孔径的透射率函数，表示衍射屏上起始点的坐标，表示衍射屏上任意一点，表示衍射屏上任一孔径中心的坐标，δ()表示狄拉克δ函数，a表示所述单元微透镜的孔径，rect()表示矩形函数，表示卷积运算，k表示正整数，f表示所述单元微透镜的焦距，j表示虚数，n为正整数。
[0011]更进一步优选的，所述微透镜阵列的透射率函数，具体为：
[0012]其中，表示阵列产生函数，表示衍射屏上任意一点，a表示所述单元微透镜的孔径，rect()表示矩形函数，表示卷积运算，k和i均表示正整数，f表示所述单元微透镜的焦距，j表示虚数，λ表示入射光线的波长。
[0013]更进一步优选的，所述基于所述透射率函数计算所述微透镜阵列光场复振幅分布的傅里叶变换表达式，具体为：基于二维采样定理表征所述透射率函数，以获取光场复振幅分布函数；对所述光场复振幅分布函数进行频域分析，以获取傅里叶变换表达式。
[0014]更进一步优选的，所述光场复振幅分布函数表征为：
[0015]其中，rect()表示矩形函数，两个矩形函数相乘表示二维矩形函数，comb()表示梳状函数，两个疏状函数相乘表示二维疏状函数，表示卷积运算，r表示所述单元微透镜的半径，表示衍射屏上任意一点，d表示相邻两个所述单元微透镜之间的中心距离。
[0016]更进一步优选的，所述对所述光场复振幅分布函数进行频域分析，以获取傅里叶变换表达式，存在如下变换关系：
[0017]根据傅里叶变换公式可得：
[0018]根据菲涅尔衍射定理，其光学传递函数为：
[0019][0020]其中，F{}和F[]均表示对函数进行傅里叶变换，rect()表示矩形函数，comb()表
示梳状函数，U(x，y)表示光场复振幅分布函数，r表示所述单元微透镜的半径，表示衍射屏上任意一点，d表示相邻两个所述单元微透镜之间的中心距离，c表示相位因子，和分别表示在频率域中的坐标，m和n均表示整数，δ()表示狄拉克δ函数，j表示虚数，λ表示入射光线的波长，表示所述空间相位移动项，z表示所述液晶微透镜阵列所在平面与成像平面之间的距离。
[0021]更进一步优选的，所述自成像函数具体为：当所述空间相位移动项为1时，；当所述空间相位移动项为
‑
1时，；当所述空间相位移动项为
±
j时，；其中，z为所述液晶微透镜阵列所在平面与成像平面之间的距离，d表示相邻两个所述单元微透镜之间的中心距离，λ表示入射光线的波长，N表示正整数。
[0022]本专利技术的一种基于液晶微透镜阵列的距离测量方法相对于现有技术具有以下有益效果：（1）完善了泰伯成像系统测量距离的技术，通过对微透镜阵列的透射率函数和光场复振幅分布的傅里叶变换表达式组合求解，构建泰伯自成像函数，以实现对泰伯像距离的测量；（2）本专利技术检测距离方式简单，对微透镜及其阵列元件的距离检测具有较高的精度，较易实现对微透镜泰伯像距的测量，具有较高的测量精度。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术实施例提供的基于液晶微透镜阵列的距离测量方法的流程示意图；图2为本专利技术提供的微透镜阵列的结构图；图3为本专利技术提供的基于液晶微透镜阵列的泰伯自成像距离测量光学系统；图4为本专利技术提供的平面波泰伯效应进行距离测量示意图；图5为本专利技术提供的液晶微透镜所施加交流电压与焦距之间曲线图；图6为本专利技术提供的液晶为透镜封装的结构示意图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有
其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]在对本专利技术实施例进行介绍之前，首先对本专利技术实施例中涉及的一些名词及其缩写形式进行定义和说明。
[0027]泰伯效应：是指周期结构物体的自成像效应，当单色平行光波照射一维或二维周期结构物体，在菲涅耳衍射区某些特定距离上将重现物体的像。
[0028]本专利技术公开一种基于液晶微透镜阵列的距离测量方法，参考图1，该方法的步骤包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于液晶微透镜阵列的距离测量方法，其特征在于，所述方法包括：构建微透镜阵列的透射率函数；所述微透镜阵列的透射率函数，具体为：；其中，表示阵列产生函数，表示衍射屏上任意一点，a表示所述单元微透镜的孔径，rect()表示矩形函数，表示卷积运算，k和i均表示正整数，f表示所述单元微透镜的焦距，j表示虚数，λ表示入射光线的波长；基于所述透射率函数，计算所述微透镜阵列对应光场复振幅分布的傅里叶变换表达式；所述基于所述透射率函数计算所述微透镜阵列光场复振幅分布的傅里叶变换表达式，具体为：基于二维采样定理表征所述透射率函数，以获取光场复振幅分布函数；对所述光场复振幅分布函数进行频域分析，以获取傅里叶变换表达式；根据空间相位移动项和所述傅里叶变换表达式，建立相应自成像函数并解算。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建微透镜阵列的透射率函数包括：基于阵列定理计算单元微透镜的透射率函数；对所述单元微透镜的透射率函数进行卷积运算，以获取所述微透镜阵列的透射率函数。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述基于阵列定理计算单元微透镜的透射率函数，具体为：；利用δ函数的筛选性质，；基于入射光波为平面波，则所述单元微透镜的透射率函数为：；其中，N表示衍射屏上形状完全相同孔径的数量，表示各孔径的透射率函数，表示衍射屏上起始点的坐标，表示衍射屏上任意一点，表示衍射屏上任一孔径中心的坐标，δ()表示狄拉克δ函数，a表示所述单元微透镜的孔径，rect()表示矩形函数，表示卷积运算，k表示正整数，f表示所述单元微透镜的焦距，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张萌岩，刘芊，边晰，廖翔宇，谢兴旺，唐庙，
申请(专利权)人：武昌理工学院，
类型：发明
国别省市：