非球面液滴透镜及阵列制作平台控制系统研究

【摘要】： 在现代光电信息技术领域,非球面透镜由于能够消除像差、成像性能良好等特点而受到广泛关注,开发经济高效的非球面透镜制造方法成为一个热点研究方向。本文基于电场操控液滴面形技术,提出了一种新型非球面液滴透镜制作及实时检测方法,并完成具体实验平台的软/硬件设计与搭建。将紫外光固化材料液滴滴在样品基底上形成液滴透镜,施加纵向高压静电场,利用电场作用操控液滴透镜面形,使其变为非球面;实时检测液滴透镜在电场作用下的面形和焦斑图像,通过数字图像处理分析液滴透镜的成像性能;在检测到理想的面形和焦斑时,使用紫外光源将液滴固化,制成固体非球面透镜。该方法制作的非球面透镜,表面光洁度高,具有良好的光学成像性能,而且工艺简单,制作成本低,易于阵列化,能够实现光学系统中透镜的在线装调。 针对非球面液滴透镜及其阵列制作平台,设计开发了一套多轴运动控制系统,使制作平台各部件能够在运动中精确定位,实现了液滴透镜及其阵列制作的全自动化操作。基于制作平台的透镜聚焦光斑检测光路,设计开发了一套透镜光斑自动寻焦系统,确保在液滴透镜制作过程中实时检测其焦斑质量,以制作出具有良好成像性能的非球面透镜。 利用该液滴透镜制作平台进行一系列非球面液滴透镜制作实验,研究液滴透镜面形随电场变化的规律,掌握非球面液滴透镜制作工艺,成功制作了各种尺寸规格的平凸非球面透镜及其阵列;对制作平台进行改进,制作了具有更长焦距、更大变焦范围的低像差非球面复合透镜,扩展了液滴透镜的应用场合。