一种调节微透镜阵列焦距的方法及装置与流程

本发明涉及微光学元件技术领域，具体涉及一种调节微透镜阵列焦距的方法及装置。

背景技术：

用于将光束进行分割并分别聚焦的微透镜阵列是微光学领域的重要器件之一，在光通信、光计算、光互连、光电探测阵列、成像、光束整形与控制、光显示、传感等诸多领域有广泛应用。

微透镜阵列是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的阵列，即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，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。

目前大多数微透镜阵列在加工制作完成后其焦距是固定的，因而光学性能与功能也就完全确定，不能进行调控。由于控制的需要，近年来可调焦微透镜逐渐出现，但是目前的可调焦微透镜是通过力、热、电等手段改变镜面形状实现对焦点的调节，如液体型可调焦微透镜，结构复杂且体积大；另外，采用热膨胀方式改变镜面曲率的方案实施中有通电、发热、膨胀、散热、收缩的过程，其中尤其散热过程速度较慢，且受环境温度影响很大；采用液晶空间光调制器等方案的微镜由于液晶分子的极慢响应速度因而调节速度更慢。

技术实现要素：

为了解决以上技术问题，本发明提供一种调节微透镜阵列焦距的方法及装置，调焦方法简单、方便，解决目前可调焦微透镜结构复杂且不存在可调焦微透镜阵列的问题。

解决以上技术问题的本发明中的一种调节微透镜阵列焦距的方法，包括设有微透镜阵列，微透镜阵列设有微透镜，其特征在于：还设有微镜阵列，微镜阵列设有微镜，所述微镜阵列的每个微镜沿光轴前后移动，从而改变聚焦光斑的位置，实现对与之对应的微透镜焦距的调节和改变。

所述前后移动的微镜数量≥1。

所述微镜同时调节焦距，调节量可相等或不等。

所述微镜数量为1时，即整体一块，通过改变微镜的位置达到同时调节微透镜阵列中所有微透镜焦距的目的。

所述微透镜为折射型或衍射型。

本发明中调节微透镜阵列焦距的装置包括一个微透镜阵列和一个微镜阵列，微透镜阵列和微镜阵列具有相同的单元间距，入射光经过微透镜阵列后被分割并汇聚，然后入射到微镜阵列表面并被反射，从而重新穿过微透镜阵列并最终在微透镜阵列前方汇聚为一个光斑阵列。

所述的微透镜阵列既可以是折射型微透镜阵列，也可以是衍射型微透镜阵列。

本发明中调节方法通过沿着光轴方向改变微镜阵列中若干个微镜的位置，即可改变与这些微镜相对应的汇聚光斑的位置，从而实现对相应微透镜的焦距的调节。如果每次调节微透镜阵列的焦距时，都不需要单独调节某个微透镜的焦距，而只需要同时调节所有微透镜的焦距，且调节量相等，则也可以使用一整块独立的微镜来代替微镜阵列，通过改变微镜位置来达到同时调节微透镜阵列中所有微透镜焦距的效果。

本发明通过增加一个微镜阵列器件，解决了微透镜阵列无法调焦的问题，且结构简单、操作方便。

本发明的有益效果：

a、结构简单：与现有技术相比，没有液体型可调焦微透镜所需的密闭空间，整个方法可采用现成的微透镜阵列和微镜阵列搭建而成，不涉及加工、驱动、封装等问题；

b、可以实现阵列化：本发明所提出的方法可实现多单元可调焦微透镜阵列，这是目前其他方案所不具备的优势；

c、调节速度更快：本发明采用的微镜阵列一般利用mems工艺加工，并利用静电驱动方式工作，而静电场的产生和消逝速度很快，因而体积小、响应快、固有频率高。

附图说明

下面结合附图及具体实施方式对本发明做更进一步详细说明：

图1为本发明中调节微透镜阵列焦距装置示意图

图2为本发明中当移动若干微镜，使相应的微透镜焦距产生改变的原理示意图

图3为本发明中当移动所有微镜，使所有微透镜焦距同时发生同样大小的改变的原理示意图

图4为本发明中使用单独一块微镜调节微透镜阵列焦距的方法的示意图

图5为本发明中当移动单独一块微镜，从而使得所有微透镜焦距同时发生同样大小的改变的原理示意图

图6为本发明中微透镜阵列采用衍射型微透镜阵列的示意图

图中标记具体为：1.微透镜阵列，2.微镜阵列，3.微透镜，4、微镜，11.衍射型微透镜阵列，21.单独一块微镜

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

调节微透镜阵列焦距的装置，包括一个微透镜阵列和一个微镜阵列，微透镜阵列和微镜阵列具有相同的单元间距，入射光经过微透镜阵列后被分割并汇聚，然后入射到微镜阵列表面并被反射，从而重新穿过微透镜阵列并最终在微透镜阵列前方汇聚为一个光斑阵列。微镜阵列的每个微镜均可以沿光轴前后移动，从而改变聚焦光斑的位置，实现对微透镜阵列焦距的调节和改变。前后移动的微镜个数为1或几个，改变个别或几个微透镜焦距；微镜为透射式。

如图1解释了本发明调节微透镜阵列焦距的方法，即采用一块微镜阵列2与微透镜阵列1搭配使用，这两个阵列具有完全相同的单元间距，入射平行光首先穿过微透镜阵列1，被分割为与微透镜阵列1具有同样单元数量的汇聚光束，每道光束分别与阵列中的每个单元共轴。这些光束经过微透镜后继而照射到微镜阵列表面，并被各个微镜单元反射，重新穿过微透镜，反射回原先入射方向。由于微透镜的汇聚作用，这些汇聚光束将进一步汇聚，并最终在微透镜阵列1前面特定位置汇聚为光斑。当沿着光轴方向移动某一块微镜的位置时，显然就可以相应改变汇聚光斑的位置，实现调焦功能，如图2所示。

微透镜阵列既可以是折射型微透镜阵列，也可以是衍射型微透镜阵列。

实施例2

其它内容如实施例1中的内容，本发明也可通过同时将所有微镜都移动同样大小的距离，来同时以同样大小改变所有微透镜的焦距，如图3所示。微透镜阵列为折射型微透镜阵列。

实施例3

其它内容如实施例1中的内容，本发明也可通过同时将所有微镜都移动同样大小的距离，来同时以同样大小改变所有微透镜的焦距，如图3所示。微透镜阵列为也可以是衍射型微透镜阵列来完成相同的功能，如图6所示。折射型微透镜和衍射型微透镜各有优缺点，可根据不同情况及应用领域选用。

实施例4

其它内容如实施例1中的内容，本发明也可通过同时将所有微镜都移动同样大小的距离，来同时以同样大小改变所有微透镜的焦距，如图3所示。

如果不需要单独改变个别微透镜焦距，而只需要同时以同样大小改变所有微透镜焦距，则微镜阵列2也可为一整块微镜21。如图4和图5所示，使用一整块微镜时微透镜焦距改变前和改变后的示意图。这一整块微镜实际上就相当于将微镜阵列中的所有微镜单元都连接起来，形成了一个整体。采用整块微镜相对于微镜阵列来说结构更加简单、成本更加低廉、可靠性和一致性更高。图3~图5中的微透镜阵列1均为折射型微透镜，本发明还可采用衍射型微透镜阵列。

本发明中调节焦距使微镜阵列的微镜移动，既可以是只移动若干个微镜，也可以是同时移动所有微镜，相对应的，产生的效果为既可以只调节若干个微透镜的焦距，也可以同时调节所有微透镜的焦距。该方法中包括一个微透镜阵列和一个微镜阵列，二者具有相同的单元间距。入射平行光将首先穿过微透镜阵列，继而被微镜阵列反射，反向穿过微透镜阵列，最终汇聚为一个光斑阵列，且其单元间距同样与微透镜阵列的单元间距相等。通过沿着光轴方向改变微镜阵列中若干个微镜的位置，即可改变与这些微镜相对应的汇聚光斑的位置，从而实现对相应微透镜的焦距的调节。微镜阵列也可改用一块大的反射镜代替，此时移动反射镜可以同时调节所有微透镜焦距。微透镜可以是折射型的，也可以是衍射型的。本发明通过增加一个微镜阵列器件，解决了微透镜阵列无法调焦的问题，且结构简单、操作方便。

以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围内。