[发明专利]基于反射型微镜阵列实现变焦透镜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光学领域，更具体的说，本发明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。

本发明的初衷是利用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。

发明内容

本发明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。

本发明的技术方案如下：

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。

本发明的有益效果是：：

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：1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发明作进一步说明：