應(yīng)用于哈特曼傳感器的球面微透鏡陣列

      哈特曼波前傳感器主要由微透鏡陣列和高速CCD構(gòu)成，波前經(jīng)過微透鏡陣列聚焦到CCD焦面上，經(jīng)過質(zhì)心計算及波前重構(gòu)算法可以得到探測波面。

入射波前到達微透鏡陣列后進行光線分束，在微透鏡焦平面上形成光斑陣列，若入射波面含有波前畸變，則焦面CCD上得到的光斑將偏離理想位置，形成不規(guī)則的光斑陣列，這些散亂光斑與理想位置的偏離量包含了波面的畸變信息，通過計算這些散亂光斑的質(zhì)心位置偏離理想位置的大小并運用波前重構(gòu)算法可將入射波前重構(gòu)出來。

海納光學(xué)專業(yè)生產(chǎn)高質(zhì)量球面型塑料微透鏡陣列，可以應(yīng)用于CCD成像，其主要是用于哈特曼波前傳感器。哈特曼波前傳感器的基本思想是把一個待測區(qū)域內(nèi)完整波前劃分為很多小區(qū)域疊加的形式，通過使用密布的微透鏡陣列對波前來實現(xiàn)劃分，入射波前經(jīng)過微透鏡陣列后在微透鏡陣列的焦平面上匯聚于一系列焦點上，位于焦平面上的CCD能夠捕獲光波前通過每一個微透鏡后匯聚點所在的位置，畸變的波前經(jīng)過微透鏡陣列后，其匯聚點相對于理想平面波垂直入射微透鏡陣列所形成的匯聚點（微透鏡的焦點）之間會產(chǎn)生一個偏移量。通過計算每個光波匯聚點的質(zhì)心相對于微透鏡焦點在焦平面上的偏移量，可以計算各子波面的平均法線斜率。

四邊形微透鏡陣列和六邊形微透鏡陣列：

塑料折射型微透鏡陣列的基本參數(shù)：

-焦距一致性：±10%

-子單元小尺寸0.01mm，大尺寸2mm

-大加工尺寸150 x 150mm

-微透鏡間隙：<0.3μm，可以做到0.1μm

-耐溫性：塑料基底80℃至100℃，石英貼膜塑料基底200℃

-矢高：400μm

-表面粗糙度：10nm，可以做到1nm

-基底厚度：塑料基底0.5至1mm，石英貼膜塑料基底1.5至2mm

-填充因子：≥98%

-排列方式：四邊形，六邊形，隨機排列

-基底材料：PET或UV固化膠，可以在UV固化膠底部添加石英貼膜

-微透鏡材料：PET或UV固化膠

塑料折射型微透鏡陣列的特點：

-工作波段寬，從紫外波段到近紅外波段

-雜散光小

-集成度高

-單元尺寸小

-傳輸損耗小

-質(zhì)量輕

-可加工成正透鏡和負(fù)透鏡

海納光學(xué)同時提供塑料型衍射微透鏡陣列，微透鏡陣列中每一個微透鏡子單元使用的是菲涅耳透鏡，菲涅耳透鏡的原理是基于菲涅耳波帶片的近場衍射。將菲涅耳波帶片中的環(huán)帶制作成相應(yīng)的位相結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)光束的聚焦，具有很高的衍射效率。

衍射微透鏡與傳統(tǒng)的折射透鏡一樣, 也有聚光和成像的作用, 由于它體積小、質(zhì)量輕、集成度高、易于復(fù)制而被廣泛地應(yīng)用于紅外光電探測器、圖像識別和處理、光通訊、激光醫(yī)學(xué)及空間光學(xué)等許多領(lǐng)域。

通過注塑成型技術(shù)實現(xiàn)高精度的塑料衍射微透鏡陣列，在光學(xué)傳感，紅外探測等方面有廣泛應(yīng)用。塑料型衍射微透鏡陣列聚焦性好，*光斑直徑小，可以有效減少光斑間的串?dāng)_。光斑串?dāng)_：微透鏡的焦斑能量主要集中在*光斑范圍內(nèi)，當(dāng)*光斑直徑小于微透鏡列陣周期時，光斑之間可看作無串?dāng)_。隨著*光斑的增大，光斑斑之間將明顯交疊，即發(fā)生串?dāng)_現(xiàn)象，這將導(dǎo)致光斑與周圍環(huán)境對比度降低，甚至導(dǎo)致光斑不能分辨。

由于連續(xù)面型衍射微透鏡難以加工，人們常用多臺階結(jié)構(gòu)來近似連續(xù)面型結(jié)構(gòu)，當(dāng)環(huán)帶數(shù)較大時，越靠近微透鏡邊緣處臺階寬度越小，達到微米甚至納米量級，產(chǎn)生亞波長結(jié)構(gòu)，此時，作為分析手段的標(biāo)準(zhǔn)衍射理論的假設(shè)和近似不再成立，需要采用嚴(yán)格的矢量衍射分析方法。

衍射微透鏡對于紅外成像光學(xué)系統(tǒng)具有特別適用性，因為紅外光的長波長，相應(yīng)衍射結(jié)構(gòu)小特征尺寸比可見光系統(tǒng)要大，加工相對容易，對表面粗糙度要求更低。衍射微透鏡的缺點是其非連續(xù)表面輪廓所引起的雜散光較多，降低了能量利用效率。

塑料型衍射微透鏡陣列的特點：

-聚焦性好，光斑小

-衍射效率高

-厚度小

-重量輕

-容易復(fù)制

-雜散光多

-能量利用效率低

塑料折射型和衍射型微透鏡陣列的應(yīng)用：

-激光聚焦

-光束整形

-波前較正

-照明光源

-光學(xué)數(shù)據(jù)處理

海納光學(xué)專業(yè)生產(chǎn)隨機微透鏡陣列，隨機微透鏡陣列的微透鏡子單元幾何中心偏離光軸隨機分布，呈現(xiàn)非周期狀態(tài)，即幾何中心相對于光軸存在不同的中心離軸量，該離軸量在一定取值范圍內(nèi)隨機產(chǎn)生，達到一個非周期的目的。隨機微透鏡陣列的邊界和空間分布任意，且每個微透鏡的曲率半徑，圓錐常數(shù)，和非球面系數(shù)均為變量，這些變量是數(shù)學(xué)上表示垂直剖面的所有垂直函數(shù)，符合允許范圍內(nèi)呈現(xiàn)一定值概率的概率分布函數(shù)。

隨機微透鏡陣列的特點：

-空間分布隨機

-曲率半徑為變量

-邊界任意

隨機微透鏡陣列的應(yīng)用：

-光束勻化

-抑制散斑

-TOF鏡頭

隨機微透鏡陣列應(yīng)用于光束勻化：

隨機微透鏡陣列：

隨機微透鏡陣列可以應(yīng)用于TOF（Time of Flight,飛行時間）技術(shù)中，TOF是一種深度信息測量方案，主要由紅外光投射器和接收模組構(gòu)成。投射器向外投射紅外光，紅外光遇到被測物體后反射，并被接收模組接收，通過記錄紅外光從發(fā)射到被接收的時間，計算出被照物體深度信息，并完成3D建模。TOF已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在測繪、物流、無人駕駛等多個工業(yè)領(lǐng)域，方案成熟。其中TOF鏡頭所使用的光學(xué)透鏡為隨機微透鏡陣列，用于匯聚反射光線，在光學(xué)傳感器上成像。

柱面微透鏡陣列由小柱面鏡沿一維方向排列組成。它在將入射光擴展為線性的同時，也使光源能量沿擴展方向均勻化。主要應(yīng)用于光學(xué)檢測和激光加工中。

柱面微透鏡陣列：

柱面微透鏡陣列的基本參數(shù)：

-基底材料：PET或UV固化膠，可以在UV固化膠底部添加石英貼膜

-微透鏡材料：PET或UV固化膠

-波長范圍：紫外到近紅外光

-排列方式：一維排列

-透鏡間距：10μm~1000μm

-間距誤差：0.2μm

-填充因子：≥98%

柱面微透鏡陣列的應(yīng)用：

-勻化和擴展各種光源

-產(chǎn)生非高斯型線性模式用于焊、鉆或激光燒蝕應(yīng)用

-快速軸平行光