上(shang)海(hai)理工：基於PμSL 3D打(da)印技(ji)術(shu)的多焦(jiao)距微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)制造

微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)是由微米(mi)級或(huo)亞毫(hao)米(mi)級透(tou)鏡(jing)按(an)壹(yi)定(ding)規(gui)律排列而成(cheng)的陣(zhen)列(lie)，被(bei)廣(guang)泛應用(yong)於光學(xue)和(he)光子(zi)學(xue)領(ling)域(yu)，包括(kuo)立(li)體顯示、光均勻(yun)化、光束整形和三(san)維(wei)成(cheng)像(xiang)等(deng)。與單(dan)個透(tou)鏡(jing)相(xiang)比(bi)，微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)可(ke)以(yi)收集每壹點上(shang)的信(xin)息(xi)，如(ru)入(ru)射(she)光線(xian)的強度和角度。在(zai)集成成像(xiang)系統中(zhong)，微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)上(shang)的透(tou)鏡(jing)從(cong)不(bu)同的觀(guan)察(cha)角度在(zai)不(bu)同(tong)的空(kong)間(jian)位置捕捉壹組子(zi)圖像(xiang)，而這(zhe)些(xie)圖像(xiang)可(ke)以(yi)被(bei)重建(jian)在(zai)壹(yi)起(qi)以(yi)提(ti)供(gong)壹(yi)個偽視(shi)覺。此(ci)外(wai)，在(zai)光場(chang)成(cheng)像(xiang)系統中(zhong)，位於物(wu)鏡(jing)和(he)圖像(xiang)傳(chuan)感器之(zhi)間的微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)能夠(gou)在(zai)單(dan)次(ci)攝(she)影(ying)曝光下(xia)收集空間和(he)方(fang)向信(xin)息(xi)，無(wu)需(xu)聚(ju)焦(jiao)於3D物(wu)體。大多數(shu)的微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)中，所(suo)有(you)透(tou)鏡(jing)的焦(jiao)距都是(shi)相(xiang)同的，這(zhe)導(dao)致景(jing)深狹(xia)窄、深度感知能(neng)力有(you)限。因此，這(zhe)些(xie)微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)不能(neng)直(zhi)接獲取(qu)距離不同(tong)的物(wu)體(ti)的清(qing)晰(xi)圖像(xiang)。

近(jin)日(ri)，上(shang)海(hai)理工大學張大偉教(jiao)授(shou)課(ke)題(ti)組(zu)提出(chu)了(le)壹種(zhong)多焦(jiao)距微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)的制作(zuo)方(fang)法。該(gai)微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)制造過(guo)程(cheng)具體如(ru)下(xia)：首先(xian)，利用(yong)摩方(fang)精密(mi)面(mian)投影(ying)微立體(ti)光刻(ke)3D打(da)印技術(shu)（nanoArch P140，BMF Precision，Shenzhen, China）制備(bei)出(chu)孔(kong)壁呈不(bu)同(tong)傾(qing)斜(xie)角度的微孔(kong)陣列(lie)，再采(cai)用(yong)旋(xuan)塗的方(fang)法使(shi)微孔(kong)中殘留(liu)部分(fen)光敏(min)樹(shu)脂並得到(dao)不同(tong)曲率(lv)的液(ye)面(mian)，最後(hou)經(jing)過(guo)PDMS翻(fan)模即可(ke)得到(dao)多焦(jiao)距微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)。該多焦(jiao)距透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)能夠(gou)擴(kuo)展成像(xiang)景(jing)深，具有感知物(wu)體(ti)深度的能(neng)力。該(gai)成果(guo)以(yi)“Fabrication of uniform-aperture multi-focus microlens array by curving microfluid in the microholes with inclined walls"為(wei)題(ti)發(fa)表在(zai)光學(xue)期(qi)刊(kan)Optics Express上(shang)。

圖壹 多焦(jiao)距微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)制作(zuo)原(yuan)理圖

圖二 (a) 多焦(jiao)距微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)設計(ji)，(b) 3D打(da)印的微孔(kong)陣列(lie)，(c) 復刻的多焦(jiao)距微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)，(d) 多焦(jiao)距微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)局部顯微圖。

圖三 利(li)用(yong)多焦(jiao)距微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)拍攝(she)不同(tong)物距情況下(xia)的物(wu)體(ti)，物距為(a) 14.3mm，(b) 28.5mm，(c) 45.5mm時(shi)拍(pai)攝(she)的圖像(xiang)。當物距為14.3mm時(shi)，中(zhong)心區域(yu)的透(tou)鏡(jing)可(ke)呈現清晰(xi)圖像(xiang)；當物體(ti)移(yi)離微透(tou)鏡(jing)陣(zhen)列(lie)時，外(wai)圈的透(tou)鏡(jing)可(ke)以(yi)呈現清晰(xi)的圖像(xiang)。