平面微透镜阵列的成像特性

平面微透镜阵列的成像特性

一、Imaging Properties of Planar Microlens Arrays(论文文献综述)

陶可楷[1](2021)在《多焦距曲面复眼成像系统设计与集成》文中进行了进一步梳理随着电子监控,手机摄影,图像识别,人工智能的飞速发展,实际应用对成像系统提出了更高的要求,光学成像系统朝着微型化,紧凑化,集成化方向发展。传统的光学成像系统通常采用透镜组成像,镜片数多,体积大,结构复杂,难以实现与各种小型化系统的集成和融合。人们受到自然界中天然复眼的启发,在微透镜阵列发展的基础上,研究仿生曲面复眼,曲面复眼的视场角大,景深大,结构紧凑,在高速移动的物体信息捕捉方面有很高的灵敏度。在过往的关于复眼的研究中,研究人员主要集中在研究复眼制备的工艺,并提出了一系列的复眼制备方法,例如激光直写,光刻胶热熔,湿法腐蚀等。在此基础上,本文提出相关创新性制备工艺,集成完整的复眼成像系统,开发出成熟的应用。以此出发,本论文创新研究内容与工作围绕以下三个部分展开,分别为:(1)曲面复眼相机设计与仿真:设计包括两部分设计,一部分是非均一曲面复眼的结构设计,通过设计确定复眼透镜参数,矫正单透镜离焦现象。另一部分是相机封装结构设计,包括镜头架,镜头座,侧壁和底座,满足尺寸要求和集成化要求,以及各项装调需求。仿真主要分为PDMS负压变形仿真和光学仿真。PDMS变形仿真可求出变形量与负压值之间的线性关系,确定透镜设计的理论基础。光学仿真则原理上验证设计可行性并进行优化。(2)曲面复眼制备:本论文依托实验室的技术积累和优势,提出了两种基于MEMS工艺的微透镜的设计方案与快速成型制备方法。一种是利用热压成型,可以制备矢高相同,口径不同的平面微透镜阵列,再通过气压辅助成型,将平面微透镜阵列转变为曲面复眼。另一种是通过双抽气式方法制备矢高口径都不同的曲面复眼透镜。这俩种方法把传统光刻、软光刻、热压,紫外固化和气压辅助成型等技术相结合,制备了曲率可以精确控制的曲面微透镜阵列,提高了曲面复眼的制备效率。(3)曲面复眼相机可行性应用开发:复眼的一大基本特点是其具有大视场,所以其一大应用就是大视场成像,需要在对复眼的各个子眼标定后,对各子眼图像进行拼接融合。由于图像拼接数据量大,处理时间过长,因此本论文着眼于与人工智能相结合,进一步研究对目标物的快速识别。曲面复眼成像系统同时也是一种多目视觉,灵敏度高,可以反馈目标物三维信息。

王元元[2](2019)在《曲面仿生复眼成像系统设计及微加工技术研究》文中认为随着光学应用范围越来越广泛,人们对光学成像系统的性能要求越来越高。单孔径的成像系统因其视场等特点的局限性,已经无法满足人们对大视场成像、目标精确定位和测量等应用需求。受启于昆虫复眼的小体积、大视场及对快速运动物体敏感等优点,人们开始了对仿生复眼的研究。复眼是由很多个小眼紧密规则排列构成,具备多个小眼同时对目标物体进行成像及很高的神经网络集中处理能力,因而可以实现在大视场成像的前提下对移动物体进行高精度定位和探测的能力。随着人们对仿生复眼的持续关注和探索研究,发现受传统基于平面微加工技术能力的制约,很难实现曲面微透镜阵列及基于曲面微透镜阵列的仿生复眼成像系统加工。针对该问题,本文创新性地提出了一系列解决方法,在实现曲面微透镜阵列加工的基础上,设计和加工出了基于曲面微透镜阵列的仿生曲面复眼成像系统,主要研究工作包括以下几个方面:首先,针对曲面微透镜阵列的加工难题,本文提出了一种新型基于柔性基底的软光刻复制方法,实现了在半球形基底上曲面微透镜阵列的制作。而后对所制作的曲面微透镜阵列进行了光学性能检测及成像实验,为后面的曲面仿生复眼成像系统的设计及应用提供了关键核心器件。其次,提出通过引入中继转像系统,配合制作得到的曲面透镜阵列和图像传感器,搭建了仿生复眼成像原型系统。中继转像系统的主要功能是像面变化,通过设计中继转像系统,将曲面透镜阵列所成的焦曲面像变换到探测器的焦平面上进行接收,同时对光学系统的像差进行了有效的校正。通过对仿生复眼成像系统进行成像效果实验,表明其可获得良好的成像质量。最后,针对胶囊内窥镜的应用需求,重新进行了仿生复眼成像系统的光学设计,实现了100°大视场的清晰成像,以满足胶囊内窥镜成像系统对微小型大视场光学成像系统的需求。本论文阐述的曲面微透镜阵列制作方法和曲面仿生复眼成像系统在包括医疗、军事、航空航天等领域都有很广泛的应用潜力。

吴峰[3](2019)在《微透镜镜组阵列的设计、制备及其应用研究》文中指出微透镜阵列是由微小的透镜元排列组成,具有聚焦、成像基本功能。微透镜阵列在立体成像,莫尔防伪、复眼成像系统、指纹识别、光通信等领域具有非常广泛的应用。目前制备微透镜阵列的方法主要有热回流、双光子聚合3D直写、压印、电场驱动、超精密车削、反应离子刻蚀等。随着微透镜技术的发展,实现更多功能的透镜镜组阵列越来越受到研究学者们的青睐。微透镜镜组阵列是具有多个屈光面的微透镜阵列。本文以微纳米加工技术为基础,利用两种不同折射率的UV胶制备了两种特点新颖的微透镜镜组阵列,即隐形微透镜阵列和双凸面微透镜阵列。成功将微透镜镜组阵列应用于莫尔成像。本文主要工作:(1)通过“热回流—UV压印-填平”的方案制备了隐形微透镜阵列,并利用它的“小数值孔径”、形貌无法检测等特点,解决了莫尔成像现存的厚基底莫尔成像器件的图像像素低、可被仿制、磨损后成像质量下降等问题。此外,还利用隐形微透镜陈列实现的莫尔器件与静态图案结合,制备了具有特殊视觉特性的防伪器件。(2)通过设计一种高精度的对准UV压印的方法,制备了具有两个屈光面的双凸面微透镜镜组阵列。与仅有一个屈光面的微透镜阵列相比,该镜组阵列数值孔径更大。利用该镜组阵列成功实现了莫尔成像,并探究了UV压印对准误差对镜组阵列莫尔成像的影响。将双凸面微透镜镜组阵列的两个相互对准的屈光面错位一定程度,制备了具有两个焦平面的微透镜阵列。在该微透镜阵列的两个焦平面上分别制备微图案阵列,实现了两种效果的莫尔图像。微透镜镜组阵列的制备方法主要基于光刻和UV压印技术,易操作、成本低,可适用与大规模商业应用。

罗家赛[4](2018)在《多焦距仿生复眼研究》文中指出眼睛是生物观察外界的视觉器官,是大多数生物获取外界信息的主要途径。根据成像特性的不同,眼睛可以大致分为两类:人类所拥有的单眼和多数昆虫所拥有的复眼。研究发现昆虫复眼拥有独特的光学特性:体积小、质量轻、视场大、灵敏度高且具有偏光特性。这使得它在众多领域内能超越现有的单目系统。正因为它拥有非常广阔的潜在应用,越来越多的科研工作者投入到仿生复眼的研究中。一方面从新工艺、新结构、新材料等方面探索新的仿生复眼制备方法,另一方面由仿生复眼的成像特性研究新应用以及相关的衍生应用。本论文针对现阶段曲面仿生复眼与平面探测器的不匹配,提出了一种多焦距仿生复眼结构,并基于该结构设计相应的仿生复眼制备工艺以及图像处理方法。本论文主要的研究工作围绕以下几个方面展开:(1)首先对生物复眼进行深入研究,对复眼的结构组成与功能特性进行了分析研究,并阐述了复眼的成像原理。然后基于对生物复眼的研究,抽象出各结构对应的光学器件,建立了相应的光学原型。根据复眼的成像模式,进行相应的参数计算,推算出复眼的数学模型。随后基于数学模型在光学设计软件中建立光学仿真模型,进行一系列的模拟仿真,研究其成像特性并进行结构优化。最后利用光学软件分析仿生复眼结构存在的主要像差,以及对应的补偿方法,进一步完善结构设计,建立多焦距仿生复眼模型以解决曲面阵列与平面探测器的不匹配问题。(2)基于所设计的仿生复眼结构,提出两种微透镜阵列制备工艺。其主要技术基于软光刻工艺、3D打印技术与负压成型技术。软光刻工艺中,通过掩膜调控实现多焦距微透镜阵列的制备,自主设计注胶模具使阵列基底精确可控。基于3D打印技术与模压成型技术,实现了三明治结构仿生复眼的快速成型。该结构的微透镜阵列分布于曲面基底上,内外两层分别为自组装的外微孔阵列与二次注胶制备的内微孔阵列。这种结构能有效阻隔杂散光的干扰以及相邻间的串扰。由于工艺过程简单、周期短、成本低,利于量产从而推进仿生复眼的实用化。(3)最后对基于仿生复眼的大视场成像进行研究,提出一种基于SIFT算子与多单应性矩阵的大视场图像拼接算法。通过设计成像实验,验证算法的鲁棒性以及对大视场图像的拼接能力。实验证明该算法在各种干扰因素下拥有较好的鲁棒性,并能完成大视场下的图像拼接。

庞阔[5](2017)在《基于微透镜阵列的光学成像系统设计与应用的研究》文中进行了进一步梳理光学系统作为人类视觉的延伸,在图像识别、天文观测、医疗仪器、武器制导等方面起着不可或缺的作用。随着人类科技水平的不断发展,对光学系统的体积、集成度、视场和精确度的要求也愈来愈高,采用传统透镜的单孔径光学系统受衍射极限、自身结构特点等因素的影响,在实现这些要求时面临诸多困难,采用新的光学理论和成像方式势在必行。微透镜阵列便是满足这一要求的新型光学器件,它由一系列孔径在微米至毫米级的微小透镜按照一定规律排列而成,具有尺寸小、集成度高、便于制造、传输损耗小、有特殊功能等优点,在光学领域中有着广泛的应用前景。本文对微透镜阵列在两个典型成像领域:光场成像和复眼成像中的应用进行了系统的研究。基于平面微透镜阵列的光场成像系统可以同时记录入射光线的方向和位置信息,以四维光场的形式存储并通过算法实现“先拍照,后对焦”的大景深图像重构。平面微透镜阵列的透镜单元尺度、填充系数和一致性直接影响光场信息的采集质量;基于曲面微透镜阵列的复眼成像系统通过对昆虫复眼自然结构的模拟,突破了传统单孔径光学系统的视场限制,可极大的扩展视场范围。曲面微透镜阵列的透镜面型结构和排布方式直接影响大视场成像质量及视场范围。结合微透镜阵列在两个典型应用领域的技术要求,围绕阵列器件的设计制造进行了深入研究,提升了成像系统的性能。本文对光场的概念和光场成像理论进行了理论推导和分析;指出了现有光场系统在传感器利用率上的不足,提出了采用紧密排列方式的方形孔径透镜阵列配合特制的方形光阑提升光能利用率;运用超精密铣削加工和微注塑技术分别制作了方形和圆形孔径的微透镜阵列模具及成品,并搭建光场成像系统进行了实验;完成了光场图像的多视角、多景深及超分辨率图像重构。实验表明,方形孔径透镜阵列相较于原系统,填充率增高了27%,在相同编码方式下对光场信息的利用率提升了96%,景深及视角范围提升了1.4倍,超分辨率图像具有更丰富的局部细节。以昆虫复眼的生理结构和光学原理的研究分析为基础,对仿生复眼设计过程中小眼排列方式、光轴夹角和小眼视场角的关系进行了详细的数学推导论证,为仿生复眼的设计提供了指导原则;设计制造了一个采用光学自由曲面的七子眼仿生复眼,达成了40°视场范围的图像采集,对复眼视场重叠理论进行了验证;结合现有各种曲面仿生复眼的优势及问题,提出了模拟生物复眼结构的大视场仿生复眼,将16块平面CCD传感器组成一个2×8曲面阵列,并配合配套的单层结构的曲面微透镜阵列,消除了传统复眼的离轴像差;通过引入光学自由曲面和非球面,保证了单层结构透镜阵列的成像质量,降低了系统的制造及装配难度;达成了180°×75°视场范围内的无盲区高分辨率图像采集。本课题对典型结构特征微透镜阵列的设计制造以及在应用中的系统原理及光学机制进行了研究,通过引入新的制造方法、更精密的光学面型、更合理的系统结构提升了传统大视场、大景深光学系统的性能,明确了微透镜阵列的发展前景、技术优势及难点,为今后的工作提供了指导及参考。

杨晓铭[6](2017)在《方形孔径平面微透镜阵列的成像特性及应用研究》文中研究指明方形孔径平面微透镜阵列是采用光刻离子工艺在特殊玻璃基片上制作的微透镜阵列。这种方法制作的微透镜掩埋在玻璃基片的表面下方,不仅避免了环境温度和湿度的干扰,在光学性能方面也有表现得非常出色。与传统的微透镜阵列相比减小了透镜元之间的间隙,大大提高了填充比率,使得光信息传输得到充分利用。在光通信、光会聚、整形、成像等方面得到了广泛应用。方形孔径平面微透镜阵列与相匹配的微图形阵列叠合会产生叠栅条纹。因此,对方形孔径平面微透镜阵列叠栅条纹形成原理的研究,不仅可以拓展方形孔径平面微透镜阵列的应用范围,也为方形孔径平面微透镜阵列的进一步研究提供理论依据。本文研究了方形孔径平面微透镜阵列对微图形阵列的叠栅条纹的傅里叶原理。方形孔径平面微透镜阵列可视为正交的二维栅格线簇,以一维光栅叠栅条纹形成的傅里叶变换原理为基础,推导了方形孔径平面微透镜阵列二维叠栅条纹的傅里叶理论解析式,对低频(1,-1)级叠栅条纹进行详细讨论。重点对不同夹角下叠栅条纹的周期、放大性和同步性进行研究,并采用不同结构参数的二维栅格模版与微图形阵列进行实验研究,实验值和理论值相吻合,研究结果为方形孔径平面微透镜阵列的应用研究提供理论基础。在研究方形孔径平面微透镜阵列的成像特性时发现,当单色平行光垂直入射到微透镜阵列时,在沿光轴的特定距离观察到与透镜阵列相同的像,这种不用透镜就能对物体成像的现象叫泰伯效应。本文从一维光栅、二维周期物体的泰伯效应出发,分析了方形孔径平面微透镜阵列在菲涅尔衍射区的光场分布,运用传递函数法讨论了成像条件,分别对相移分别为1,-1,±j的三种特殊成像情况进行研究,这将拓展方形孔径平面微透镜阵列的实际应用。在应用方面,研究了微透镜阵列对OLED外部量子效率的影响。在应用新型磷光材料后,OLED的内部量子效率已经接近100%,但仅有约20%的光能出射到空气中,本文根据OLED基底、阳极层、有机发光层和空气的折射率差异导致外部量子效率低,介绍了OLED出光效率低的原因及解决方法,并结合微透镜阵列的特性,讨论不同填充率和不同排列形式对OLED出光效率的影响,并进行数值模拟,得到最优的透镜阵列参数。

朱晓阳[7](2016)在《基于微流体脉冲喷射的微透镜阵列制备技术及实验研究》文中研究指明微透镜及微透镜阵列在众多的工程应用以及国防科技领域有着重要的应用价值和广阔的前景,然而,微透镜阵列的实际制作水平仍然落后于其理论设计水平,微透镜阵列的加工问题成为微透镜发展及应用首先需要解决的问题。微透镜阵列的制备大多需要昂贵的设备和复杂的工艺,因此,高效率、低成本、低功耗的微透镜阵列制作技术成为人们关注的热点问题。本文以微透镜阵列制备技术为目标,系统地研究基于微流体脉冲喷射技术的平面微透镜阵列、高数值孔径微透镜阵列以及曲面微透镜阵列的制备,并对制得的微透镜阵列性能进行评估。本文以微流体脉冲-驱动控制技术为起点,对微流体脉冲喷射的形成原理进行了分析。基于理论分析结果,采用计算流体力学方法对液滴微喷射的主液滴及卫星液滴形成过程进行了数值分析,研究了微喷射系统参量及微喷射液体性质对微喷射形成以及微喷射液滴直径的影响规律。以显微频闪拍摄系统观测了微喷射液滴的主液滴及卫星液滴的形成过程。为微流体脉冲喷射的形成提供了理论依据。研究了微喷射系统参量对微流体脉冲喷射稳定性和微喷射液滴体积的影响。通过合理地控制微喷射参数,可以实现稳定的液滴微喷射及微喷射液滴体积的控制。为微液滴的稳定、可控微喷射提供了实验依据。理论分析了微液滴在不同固壁上的润湿性及微液滴与基板的撞击过程,为在不同固壁上沉积成型微液滴提供了理论依据。基于微流体脉冲喷射技术,提出了一种新型的超高F数圆形及柱状平面微透镜阵列、多尺度平面微透镜阵列制备方法。将紫外光固化胶(UV胶)按需喷射到经过特殊表面处理的基底上,经过紫外光固化后形成微透镜阵列。实现了F数为11.5超高F数微透镜、微透镜直径与接触角在一定范围内可控的多尺度微透镜的制备。微透镜及微透镜阵列的性能测试结果表明,微透镜具有较好的表面轮廓及表面粗糙度;制得的超高F数微透镜理论上可以达到衍射极限成像;微透镜阵列具有良好的成像及聚焦效果。基于微流体脉冲喷射,可实现超高F数微透镜及多尺度微透镜的低成本、简单及快速制备。基于微流体脉冲喷射技术与液体模塑工艺,提出了一种新型的高数值孔径半球以及超半球微透镜阵列制备方法,将甘油水溶液按需喷射到疏水或超疏水基底上,并以甘油微液滴作为液体阳模,然后采用液体模塑工艺制得高数值孔径的微透镜。制得了数值孔径为0.68的半球微透镜,接触角变化范围为120°-150°的超半球微透镜。理论及实验分析结果表明,甘油微液滴与疏水或超疏水基底间的高粘附特性保证了甘油微液滴在液体模塑工艺过程中的位置精度,而两者间的高粘附特性归因于甘油微液滴在疏水或超疏水基底上处于Wenzel润湿状态。高数值孔径微透镜的性能分析与测试结果表明,高数值孔径微透镜表面形貌良好,且高数值孔径微透镜阵列的多重成像及聚焦、焦距等特性与理论分析结果较为吻合。基于微流体脉冲喷射与液体模塑工艺制备高数值孔径微透镜阵列,甘油微液滴较UV胶等聚合物易在疏水或超疏水基底上形成大接触角,甘油成本低、化学惰性好,且整个制备过程无需在特定的无UV光的黄光室内进行。基于微流体脉冲喷射技术与模塑工艺,提出了一种新型的曲面微透镜阵列制备方法,采用微流体脉冲喷射技术制得的平面微透镜阵列作为阳模,经过模塑及软光刻工艺制得曲面微透镜阵列。曲面微透镜阵列曲面基底微复型过程的变形分析结果表明,曲面微透镜的最大变形率在10%以内,且微透镜在微复型过程中依然保持了良好的表面粗糙度;曲面微透镜阵列的多重成像及聚焦特性表明,每个微透镜单元都具有良好的成像及聚焦功能;且曲面基底曲率半径为1.8 mm、5.1 mm的曲面微透镜阵列的最大视场角分别可达140°及120°。基于微流体脉冲喷射制备平面微透镜阵列作为曲面微透镜阵列阳模,具有阳模制备简单、快速与直接成型的特点;且曲面微透镜微复型工艺过程中曲面微透镜的变形较小。

张宝昊[8](2016)在《方形孔径平面微透镜阵列的泰伯效应及莫尔显示研究》文中研究说明信息化时代,人们不仅需要更多更新的器件去获取、控制、传输信息,而且对信息的获取速度、信息质量、信息的多样化提出更高的要求。要达到这些目的,需要各种光电器件控制光的行为,例如成像、聚焦、耦合、分束、调制等行为。微透镜阵列作为一种重要的微光学元器件,被应用于各种领域,如并行共焦成像系统,也是波前测量系统的关键组件。方形孔径平面微透镜阵列是一种充分考虑受光面积和填充系数的光器件,除了具备常规的聚焦、成像、耦合等功能,对其更深层次光学特性的挖掘也是研究的重要方面。当单色平行光垂直入射到周期性结构的透明物体(如透射光栅)时,将会在沿光轴方向特定距离观察到周期结构物体的像,这种不用透镜而仅靠光的衍射就可对周期物体成像的现象,称为自成像,又称泰伯效应。周期结构的方形孔径平面微透镜阵列在单色平行光照射下,在沿光轴传播方向观察到了自成像现象,因此本文讨论了微透镜阵列的泰伯效应。在研究微透镜阵列光学特性的过程中,发现微透镜阵列对相应微图形阵列有莫尔显示效应,莫尔条纹对细微位移、形变和转动非常敏感,因而常被用于光学检测、光学校准、文档加密防伪等,对于微透镜阵列的莫尔显示效应的研究将进一步拓展微透镜阵列的应用领域。本论文的主要研究内容如下:1.对方形孔径微透镜阵列的泰伯(Talbot)效应进行实验研究,利用传递函数法分析了该阵列的菲涅耳衍射区的光场复振幅分布,讨论了泰伯像成像的条件。实验中,在特定位置处可观察到三种交替出现的清晰成像,实验测得的成像距离与理论值吻合。选用不同参数的方形孔径微透镜阵列,泰伯子像成像规律总体不变,当中心距大于孔径边长且小于两倍孔径边长时泰伯子像像元间出现交叠现象。方形孔径微透镜阵列在分数泰伯平面可观察到清晰的呈棋盘状分布的泰伯子像,这将拓展微透镜阵列的实际应用。2.由许多透光圆孔周期性排列组成的点阵与同周期的微图形构成的阵列重叠,发生相对转动时,莫尔图案出现,该莫尔图案是微图形的放大。对于方形孔径微透镜阵列也观察到了相同的莫尔图案变化现象,我们对产生这种现象的莫尔显示机理进行探究。

殷贵坤[9](2015)在《方形孔径平面微透镜阵列的莫尔显示理论和实验研究》文中指出变折射率平面微透镜阵列由于具有单元透镜直径小、数值孔径大、成像分辨率高、对光信息有很好的聚焦、准直、变换、多重成像和综合成像能力,使得微透镜阵列器件在光通信、光会聚、整形、互连、成像等方面得到了广泛应用。目前应用的大多都是球形或半球形的透镜元,其组成的透镜阵列之间存在间隙大,部分光信息泄露等缺点,而新提出的密集型排列的方形和六角形孔径平面微透镜阵列可以增大受光面积、减少透镜元之间的间隙,提高填充系数,从而大大提高光信息的传输性能。在对方形和六角孔径平面微透镜阵列的研究过程中,我们首次发现了平面微透镜阵列对微图形有动态莫尔显示效应。本文着重研究方形孔径平面微透镜阵列对相应微图形阵列的莫尔显示效应。在理论上,以一维光栅莫尔条纹的理论为基础,建立莫尔条纹的二维模型,模拟了二维莫尔条纹的形成过程,得到了二维莫尔条纹的节距和放大倍率的变化规律;在实验上,选取结构参数合适的方形孔径平面微透镜阵列和微图形阵列,从实验上估算放大倍率,一方面验证了理论模型的合理性,另一方面分析了方形孔径微透镜阵列和微图形阵列的相对位置以及观察点的移动对莫尔显示效应的影响。试图提出一套简化的理论分析得到最佳的莫尔显示效果。研究结果表明,方形孔径平面微透镜阵列对相应微图形阵列有放大、动态的莫尔显示效应;当平面微透镜阵列和微图形阵列之间的夹角很小,二者之间的间距和平面微透镜阵列的焦距相当时,平面微透镜阵列的莫尔显示效果最清晰;莫尔显示的图案移动方向与人眼在微透镜阵列平面的投影的移动方向始终垂直。总之,本文对方形孔径平面微透镜阵列的莫尔显示机理的研究,丰富了微透镜阵列的内容,为微透镜阵列的进一步研究提供理论依据,促进微透镜阵列和莫尔条纹技术之间的联系。

师红燕,周素梅[10](2014)在《变折射率方形孔径平面微透镜阵列的聚焦和散焦特性》文中认为为提高变折射率平面微透镜阵列的填充率,利用光刻工艺和离子交换技术制备了填充率近达100%的方形孔径平面微透镜阵列,并对其透镜元及相邻透元间间隙构成的角落区域的成像进行了理论和实验研究.根据变折射率介质光线追迹法,利用MATLAB软件模拟,发现在透镜元区域和角落区域成像特性相反.成像系统测试表明:由于透镜元区域和角落区域的折射率分布变化规律不同,透镜元与角落区域对物体分别成倒立实像和正立虚像;透镜阵列可实现聚焦和散焦功能;角落区域得到充分的离子交换使得间隙足够小,形成了从该区域中心向外逐渐增大的新型梯度折射率模型.

二、Imaging Properties of Planar Microlens Arrays(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、Imaging Properties of Planar Microlens Arrays(论文提纲范文)

(1)多焦距曲面复眼成像系统设计与集成(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 研究背景
    1.2 复眼简介
        1.2.1 生物复眼
        1.2.2 复眼制备工艺
    1.3 复眼成像系统国内外的研究现状
        1.3.1 平面复眼成像系统
        1.3.2 曲面复眼成像系统
    1.4 论文研究内容与结构
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 论文结构
    1.5 本章小结
第2章 曲面复眼相机设计与仿真
    2.1 PDMS薄膜抽气变形仿真
        2.1.1 COMSOL软件
        2.1.2 有限元分析法
        2.1.3 变形仿真
    2.2 透镜结构设计
        2.2.1 抽气式
        2.2.2 热压式
        2.2.3 方法对比
    2.3 光学仿真
    2.4 相机封装结构设计
    2.5 本章小结
第3章 透镜制备
    3.1 抽气式曲面复眼透镜制备
        3.1.1 掩模版制备
        3.1.2 工艺模具
        3.1.3 平面微孔阵列制备
    3.2 热压式曲面复眼透镜制备
    3.3 透镜检测与表征
        3.3.1 表面形貌测量
        3.3.2 光学表征
    3.4 像差分析
    3.5 本章小结
第4章 单透镜曲面复眼成像系统应用
    4.1 大视场图像拼接
    4.2 大视场快速识别
    4.3 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 工作总结
    5.2 工作展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

(2)曲面仿生复眼成像系统设计及微加工技术研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景及意义
    1.2 生物复眼的简介
        1.2.1 生物复眼的结构及功能
        1.2.2 生物复眼的特点
        1.2.3 生物复眼的分类
    1.3 仿生复眼的国内外发展现状
        1.3.1 国外发展现状
        1.3.2 国内发展现状
    1.4 仿生复眼研究的应用
    1.5 论文主要的研究工作及章节安排
    1.6 本章小结
第2章 曲面复眼微透镜阵列的设计和制作
    2.1 微透镜阵列的研究现状及其制作方法
        2.1.1 微透镜阵列的研究现状
        2.1.2 微透镜阵列的制作方法
        2.1.3 微透镜阵列的应用
    2.2 微透镜阵列的制备
        2.2.1 掩膜板的设计
        2.2.2 光刻热熔工艺加工过程
        2.2.3 PDMS曲面微透镜阵列的制备
    2.3 曲面微透镜阵列的检测
    2.4 本章小节
第3章 曲面仿生复眼成像系统的设计
    3.1 曲面透镜阵列的设计
    3.2 中继转像系统的设计
        3.2.1 像差理论综述
        3.2.2 像质评价方法
        3.2.3 像面转像系统的仿真及分析
    3.3 本章小结
第4章 曲面仿生复眼成像原型系统
    4.1 仿生复眼成像系统原型系统搭建
    4.2 公差分析
    4.3 仿生复眼成像系统的光学性能测试
    4.4 微透镜阵列成像效果分析
    4.5 本章小结
第5章 胶囊内窥镜用仿生复眼成像系统设计
    5.1 胶囊内窥镜的简介
        5.1.1 胶囊内窥镜研究的意义
        5.1.2 胶囊内窥镜的基本结构及工作原理
        5.1.3 胶囊内窥镜的研究现状
    5.2 仿生复眼成像系统应用于胶囊内窥镜
    5.3 胶囊内窥镜光学成像系统的设计及仿真
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 论文主要创新
    6.3 下一步工作及展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

(3)微透镜镜组阵列的设计、制备及其应用研究(论文提纲范文)

中文摘要
abstract
第一章 序言
    1.1 引言
    1.2 微透镜阵列的应用
    1.3 微透镜阵列的制备技术进展
    1.4. 本文研究内容及其创新点
第二章 隐形微透镜阵列的设计和制备
    2.1 引言
    2.2 隐形微透镜阵列的设计
    2.3 隐形微透镜阵列的制备
    2.4 隐形微透镜阵列的聚焦测试
    2.5 本章小结
第三章 隐形微透镜阵列实现莫尔成像
    3.1 引言
    3.2 莫尔成像器件现存的问题
    3.3 微透镜阵列和微图案阵列的设计
    3.4 隐形微透镜阵列莫尔成像器件的制作
    3.5 隐形微透镜莫尔成像器件的性能表征
    3.6 隐形微透镜阵列莫尔器件与静止图案组合的视觉防伪器件
    3.7 本章小结
第四章 双凸面微透镜镜组阵列的制备
    4.1 引言
    4.2 双凸面微透镜镜组的理论模型
    4.3 双凸面微透镜镜组阵列的制备
    4.4 双凸面微透镜镜组阵列的聚焦测试
    4.5 本章小结
第五章 双凸面微透镜镜组阵列实现莫尔成像
    5.1 双凸面微透镜镜组阵列莫尔成像器件的制备
    5.2 双凸微透镜的对准误差对于莫尔成像的影响
    5.3 双焦平面微透镜阵列的制备及其莫尔成像应用
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间公开发表的论文及研究成果
致谢

(4)多焦距仿生复眼研究(论文提纲范文)

中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 仿生复眼的研究现状
        1.2.1 生物复眼的功能结构
        1.2.2 制备工艺
        1.2.3 国内外研究现况
        1.2.4 基于仿生复眼的相关应用
    1.3 主要研究内容与论文结构
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 论文结构
    1.4 本章小结
2 多焦距仿生复眼设计
    2.1 复眼成像原理
    2.2 多焦距仿生复眼设计
        2.2.1 多焦距仿生复眼结构设计
        2.2.2 多焦距仿生复眼几何参数设计
    2.3 多焦距仿生复眼仿真分析
        2.3.1 复眼仿真模型设计
        2.3.2 光线追迹分析
        2.3.3 像差分析
        2.3.4 仿生复眼成像模拟
    2.4 本章小结
3 曲面多焦距微透镜阵列制备与表征
    3.1 基于光刻胶热熔法的工艺原理
        3.1.1 光掩膜设计
        3.1.2 平面微透镜阵列模板制备
        3.1.3 PDMS柔性模板制备
        3.1.4 曲面微透镜阵列制备
    3.2 热熔法工艺分析
        3.2.1 光刻胶热熔法精度分析
        3.2.2 PDMS柔性薄膜形貌分析
        3.2.3 曲面微透镜阵列形貌分析
    3.3 光学性能测试与分析
        3.3.1 焦距测量
        3.3.2 成像性能测试分析
        3.3.3 视场角测量
    3.4 本章小结
4 三明治结构仿生复眼制备与表征
    4.1 引言
    4.2 基于3D打印技术的制备工艺原理
        4.2.1 3D打印技术原理
        4.2.2 模压法成型原理
        4.2.3 一体化快速成型工艺
    4.3 一体化快速成型工艺分析
    4.4 三明治结构仿生复眼性能表征
        4.4.1 焦距测量
        4.4.2 光学成像测试与分析
        4.4.3 视场角测量与分析
    4.5 本章小结
5 基于仿生复眼的大视场拼接算法
    5.1 引言
    5.2 算法原理
    5.3 算法分析
        5.3.1 实验环境
        5.3.2 鲁棒性验证
        5.3.3 算法效率分析
        5.3.4 拼接图像质量分析
    5.4 成像实验
        5.4.1 仿真成像实验
        5.4.2 实景成像实验
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
附录
    A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
    B 作者在攻读学位期间参与的科研项目
    C 作者在攻读学位期间取得的发明专利

(5)基于微透镜阵列的光学成像系统设计与应用的研究(论文提纲范文)

摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 微透镜阵列制造研究现状
        1.2.1 微透镜阵列非机械加工方法
        1.2.2 微透镜阵列超精密切削加工方法
    1.3 微透镜阵列应用研究现状
        1.3.1 平面微透镜阵列在光场成像中的应用
        1.3.2 曲面微透镜阵列在复眼成像中的应用
    1.4 研究内容及目的
第2章 基于平面微透镜阵列的光场系统原理及改进
    2.1 光场的参数化表示
    2.2 光场的采集
    2.3 光场的重构
        2.3.1 多视角重构
        2.3.2 数字重聚焦
        2.3.3 超分辨率重构
    2.4 光场采集策略优化
        2.4.1 微透镜阵列排布优化
        2.4.2 孔径光阑与微透镜阵列的匹配
    2.5 本章总结
第3章 基于微透镜阵列的新型光场相机设计与制造
    3.1 方形孔径重叠型微透镜阵列的设计及制造
        3.1.1 微透镜单元
        3.1.2 微透镜阵列模仁微铣削加工
        3.1.3 微透镜阵列模仁加工质量检测
        3.1.4 微透镜阵列微注塑及检测
    3.2 微透镜阵列与CMOS传感器的耦合
    3.3 方形光阑自制镜头的设计及装配
    3.4 光场系统标定
    3.5 光场图像采集
    3.6 光场图像重构及对比
        3.6.1 多视角重构图像对比
        3.6.2 超景深重构图像对比
        3.6.3 超分辨率重构图像对比
    3.7 本章总结
第4章 基于曲面微透镜阵列的复眼系统
    4.1 仿生复眼视场角度分析
    4.2 复眼视场数学模型验证
        4.2.1 曲面微透镜阵列结构设计
        4.2.2 微透镜面型优化设计
        4.2.3曲面复眼系统制造及实验
    4.3 新型曲面仿生复眼设计方案
    4.4 本章总结
第5章 大视场曲面仿生复眼系统设计制造及实验
    5.1 系统布局及传感器阵列
    5.2 曲面CCD阵列先期试验
    5.3 曲面微透镜阵列设计及制造
        5.3.1 曲面微透镜阵列整体结构设计
        5.3.2 微透镜单元面型设计
        5.3.3 曲面微透镜阵列的制造
    5.4 系统装配及试验
    5.5 本章总结
第6章 总结与展望
    6.1 课题总结
    6.2 课题展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢

(6)方形孔径平面微透镜阵列的成像特性及应用研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 变折射率平面微透镜的制备
    1.3 微透镜阵列的应用
    1.4 叠栅条纹
    1.5 泰伯效应
    1.6 OLED器件
    1.7 本文的主要工作
    参考文献
第2章 一维光栅叠栅条纹
    2.1 引言
    2.2 叠栅条纹形成原理
    2.3 光栅叠栅条纹的应用
    2.4 小结
    参考文献
第3章 形孔径平面微透镜阵列叠栅条纹的傅里叶变换理论和实验研究
    3.1 引言
    3.2 二维叠栅条纹的傅里叶原理
    3.3 叠栅条纹的特性推导
    3.4 实验验证
    3.5 小结
    参考文献
第4章 泰伯效应
    4.1 引言
    4.2 光栅泰伯效应
    4.3 二维周期物体的自成像
    4.4 方形孔径平面微透镜阵列的泰伯效应
    4.5 小结
    参考文献
第5章 方形孔径平面微透镜阵列提高OLED外部量子效率的理论研究
    5.1 引言
    5.2 OLED的结构及发光原理
    5.3 OLED的效率
    5.4 提高OLED外部量子效率的方法
    5.5 方形孔径平面微透镜阵列提高OLED出光效率的分析
    5.6 小结
    参考文献
第6章 总结
    6.1 主要内容回顾
    6.2 本文不足之处及展望
致谢
攻读硕士期间工作情况
    发表论文

(7)基于微流体脉冲喷射的微透镜阵列制备技术及实验研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
术语表
符号对照表
1 绪论
    1.1 微透镜阵列
    1.2 微透镜阵列制备技术研究现状
        1.2.1 平面微透镜阵列制备研究现状
        1.2.2 高数值孔径微透镜阵列制备研究现状
        1.2.3 曲面微透镜阵列制备研究现状
    1.3 基于液滴微喷射技术的微透镜阵列制备技术
        1.3.1 液滴微喷射技术及其发展
        1.3.2 液滴微喷射技术在微透镜阵列制备中的应用研究
    1.4 论文研究意义及研究内容
        1.4.1 论文意义及来源
        1.4.2 论文结构与研究内容
2 微流体脉冲喷射形成机理研究及仿真分析
    2.1 微流体脉冲驱动-控制技术基本特征
    2.2 微流体脉冲驱动-控制特性及微流体驱动原理
        2.2.1 微流体脉冲驱动-控制致动器特性
        2.2.2 基于微流边界层流固摩擦耦合的微流体驱动原理
    2.3 微流体脉冲驱动-控制的内构锥形微喷嘴内微流体流动速度分析
        2.3.1 圆形微管道内粘性微流动微分方程
        2.3.2 内构锥形微喷嘴内微流体流动速度分析
    2.4 微流体脉冲喷射形成仿真分析
        2.4.1 微喷射仿真模型建立及网格划分
        2.4.2 微喷射仿真结果分析
    2.5 微流体脉冲喷射形成过程观测实验
        2.5.1 主液滴微喷射形成过程观测
        2.5.2 卫星液滴微喷射形成过程观测
    2.6 本章小结
3 微流体脉冲喷射基础实验研究及微液滴沉积成型过程分析
    3.1 微流体脉冲喷射基础实验
        3.1.1 实验材料选择
        3.1.2 微喷射基础实验系统构建
        3.1.3 内构锥形玻璃微喷嘴的制作及表面处理
        3.1.4 实验结果与分析
    3.2 微液滴沉积成型过程机理分析
        3.2.1 固壁的表面润湿性
        3.2.2 微液滴撞击固壁影响因子
        3.2.3 微液滴撞击理想光滑固壁后最大铺展直径的理论分析
        3.2.4 微液滴撞击疏水固壁后最大铺展直径的理论分析
    3.3 本章小结
4 基于微流体脉冲喷射的平面微透镜阵列制备及性能分析
    4.1 基于UV胶微喷射的平面微透镜阵列制备实验系统
    4.2 超高F数平面圆形微透镜阵列及平面柱状微透镜阵列制备实验
        4.2.1 实验材料与方法
        4.2.2 玻璃基底的表面处理及分析
        4.2.3 实验结果与分析
    4.3 基于UV胶微喷射与基底疏水化处理的多尺度平面微透镜阵列制备实验
        4.3.1 实验材料与方法
        4.3.2 疏水玻璃基底的制备及分析
        4.3.3 实验结果及分析
    4.4 平面微透镜阵列的性能分析
        4.4.1 微透镜阵列质量评价方法
        4.4.2 平面微透镜阵列几何参数的测试与分析
        4.4.3 平面微透镜阵列光学性能分析
    4.5 本章小结
5 基于微流体脉冲喷射的高数值孔径微透镜阵列制备研究
    5.1 基于液体阳模的高数值孔径微透镜阵列制备实验系统
    5.2 高数值孔径微透镜阵列制备实验
        5.2.1 实验材料与方法
        5.2.2 实验结果及分析
    5.3 高数值孔径微透镜阵列性能分析
        5.3.1 高数值孔径微透镜阵列的几何参数测试与分析
        5.3.2 高数值孔径微透镜阵列的光学性能分析
    5.4 本章小结
6 基于微流体脉冲喷射的曲面微透镜阵列制备研究
    6.1 曲面微透镜阵列制备实验
        6.1.1 实验材料与方法
        6.1.2 实验结果及分析
    6.2 曲面微透镜阵列性能分析
        6.2.1 曲面微透镜的表面粗糙度分析
        6.2.2 曲面微透镜阵列的成像及聚焦性能分析
        6.2.3 曲面微透镜阵列的视场角
    6.3 本章小结
7 总结与展望
    7.1 论文工作总结
    7.2 创新点归纳
    7.3 研究展望
致谢
参考文献
附录

(8)方形孔径平面微透镜阵列的泰伯效应及莫尔显示研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 微光学发展概述
    1.2 微透镜阵列研究现状
        1.2.1 变折射率平面微透镜阵列
        1.2.2 变折射率平面微透镜阵列的制备
        1.2.3 微透镜阵列的重要应用
    1.3 泰伯效应
        1.3.1 泰伯效应研究进展
    1.4 莫尔条纹
    1.5 本论文的研究内容与意义
第2章 泰伯效应基本理论
    2.1 二维采样定理
    2.2 光栅的泰伯效应
    2.3 一维周期物体的泰伯效应
    2.4 小结
第3章 方形孔径微透镜阵列的泰伯效应
    3.1 微透镜阵列的阵列效应分析
    3.2 微透镜阵列的光场描述函数
        3.2.1 微透镜阵列焦点强度的解析式
    3.3 方形孔径微透镜阵列的菲涅耳衍射
        3.3.1 菲涅耳衍射区光场分布
        3.3.2 泰伯像
        3.3.3 相位反转的泰伯像
        3.3.4 泰伯子像
    3.4 实验
    3.5 分析与讨论
    3.6 小结
第4章 莫尔显示效应研究
    4.1 引言
    4.2 光栅莫尔条纹分析
        4.2.1 平行莫尔条纹
        4.2.2 转角莫尔条纹
        4.2.3 光栅的透射率函数和傅里叶分解
        4.2.4 莫尔条纹分布
        4.2.5 一维莫尔条纹矢量分析
        4.2.6 特殊莫尔条纹分析
    4.3 微透镜阵列对微图形阵列莫尔动态显示
    4.4 微透镜阵列莫尔效应的傅里叶频谱特性分析
        4.4.1 二维周期结构物体叠加产生莫尔图案
    4.5 小结
第5章 结束语
    5.1 总结
参考文献
致谢
硕士期间发表论文与参与项目

(9)方形孔径平面微透镜阵列的莫尔显示理论和实验研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 微透镜阵列
    1.3 变折射率平面微透镜阵列
    1.4 异形孔径平面微透镜阵列
    1.5 平面微透镜阵列的应用前景
    1.6 本文的研究意义及主要内容
    参考文献
第二章 一维光栅莫尔条纹
    2.1 引言
    2.2 光栅莫尔条纹的特点
    2.3 光栅莫尔条纹的理论解释
        2.3.1 阴影莫尔理论
        2.3.2 干涉衍射原理
        2.3.3 傅里叶变换原理
    2.4 光栅莫尔条纹应用
    2.5 本章小结
    参考文献
第三章 方形孔径平面微透镜阵列的二维莫尔显示的理论和实验研究
    3.1 引言
    3.2 方形孔径平面微透镜阵列的莫尔显示的初步理论研究
    3.3 方形孔径平面微透镜阵列的实验分析
    3.4 方形孔径平面微透镜阵列的二维莫尔显示的理论分析
        3.4.1 莫尔显示模拟与分析
        3.4.2 二维莫尔条纹的节距
        3.4.3 二维莫尔条纹的放大倍率
        3.4.4 结果讨论
    3.5 方形孔径平面微透镜阵列的与相应微图形之间的相对位置对莫尔显示的影响
    3.6 观察点与微透镜阵列平面间的夹角变化对莫尔显示的影响
    3.7 本章小结
    参考文献
第四章 总结
    4.1 本文主要内容
    4.2 本文不足之处
    4.3 今后的工作方向
致谢
攻读硕士期间工作情况

(10)变折射率方形孔径平面微透镜阵列的聚焦和散焦特性(论文提纲范文)

0 引言
1 离子交换动力学分析
2 透镜元与角落区域的光线轨迹及物像关系
    2.1 透镜元光线追迹
    2.2 角落区域光线追迹
3 实验测试与分析
    3.1 方形孔径平面微透镜阵列填充情况测试
    3.2 折射率分布测试
    3.3 成像测试
4 结论

四、Imaging Properties of Planar Microlens Arrays(论文参考文献)

  • [1]多焦距曲面复眼成像系统设计与集成[D]. 陶可楷. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(08)
  • [2]曲面仿生复眼成像系统设计及微加工技术研究[D]. 王元元. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2019(07)
  • [3]微透镜镜组阵列的设计、制备及其应用研究[D]. 吴峰. 苏州大学, 2019(04)
  • [4]多焦距仿生复眼研究[D]. 罗家赛. 重庆大学, 2018(04)
  • [5]基于微透镜阵列的光学成像系统设计与应用的研究[D]. 庞阔. 天津大学, 2017(01)
  • [6]方形孔径平面微透镜阵列的成像特性及应用研究[D]. 杨晓铭. 西南大学, 2017(01)
  • [7]基于微流体脉冲喷射的微透镜阵列制备技术及实验研究[D]. 朱晓阳. 南京理工大学, 2016(06)
  • [8]方形孔径平面微透镜阵列的泰伯效应及莫尔显示研究[D]. 张宝昊. 西南大学, 2016(02)
  • [9]方形孔径平面微透镜阵列的莫尔显示理论和实验研究[D]. 殷贵坤. 西南大学, 2015(02)
  • [10]变折射率方形孔径平面微透镜阵列的聚焦和散焦特性[J]. 师红燕,周素梅. 光子学报, 2014(08)

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平面微透镜阵列的成像特性
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