[发明专利]一种可调焦微透镜阵列

说明书

技术领域

本发明涉及微光学元件技术领域，具体涉及一种可调焦微透镜阵列。

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。

如图1和图2为最常规的不可调焦的微透镜阵列示意图，一般是在一块基片（如熔石英或硅）的一侧表面加工出微透镜阵列，以实现对透射光或者反射光的聚焦。微透镜与基片表面固定在一起、或者其本身就是基片表面的一部分，因而无法实现调焦。

目前尚没有能将可调焦微透镜搭建为阵列的产品出现，由此，可调焦微透镜阵列将是一类具有较大应用潜力和较广泛适用性的产品。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种可调焦微透镜阵列，微透镜阵列结构简单、调节方便，简单、方便的调节微透镜阵列焦距，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可调焦微透镜阵列，包括微透镜，其特征在于:阵列中的各个微透镜具有沿光轴方向的平移自由度，从而可通过各种手段自主调控其位置，实现焦点位置的自主调控。

所述微透镜阵列设有弹性支撑结构，弹性支撑结构的一端与微透镜相连，另一端与基片相连。微透镜没有固定或者加工在基片表面，而是通过弹性支撑结构与基片相连，从而具有沿光轴方向的平移自由度。弹性支撑结构本身在微透镜光轴方向上具有一定的弹性，因而微透镜可在一定范围内自由运动。

所述弹性支撑结构的一端与微透镜周边固定相连，另一端与基片相连。所述弹性支撑结构为双端固支梁，双端固支梁有4根，每根双端固支梁的两端固定于基片，双端固支梁与微透镜相连，双端固支梁的弹性弯曲将会带动微透镜运动，即实现了弹性支撑结构的功能。

所述双端固支梁中部与微透镜相连。

所述微透镜和基片之间还设有驱动装置，驱动装置位于基片上，且每个微透镜都有驱动装置与其对应。通过自主控制驱动装置，实现调节微透镜的位置，从而实现调焦。

所述驱动装置为压电、热电或者静电驱动器，均具有结构简单、加工难度低、操作简易等优点。

所述驱动装置为静电驱动电极，为矩形长条薄膜，有4块，位于每一根双端固支梁的下方。

所述微透镜既可以是折射型微透镜，也可以是衍射型微透镜；可以为透射式或反射式。

本发明通过在不可调焦微透镜阵列中加入弹性支撑结构和驱动装置，解决了微透镜阵列无法调焦的问题，并且具有结构简单、操作方便等优势。

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；

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。

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为常规不可调焦微透镜阵列结构示意图

图2为常规不可调焦微透镜一个单元的三维示意图

图3为本发明中可调焦微透镜阵列结构示意图

图4为本发明中可调焦微透镜的一个具体实现结构的一个单元未调焦前的三维示意图

图5为本发明中可调焦微透镜的一个具体实现结构的一个单元调焦后的三维示意图

图6为本发明中可调焦微透镜阵列的各个微透镜为衍射型时的示意图

图7为本发明中可调焦微透镜阵列的各个微透镜为反射式时的示意图