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3d打印微透镜校正小尺寸图像的颜色畸变

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2021年5月24日的华盛顿州 - 斯图加特大学的研究人员使用了一种称为两光子光刻的3D印刷过程,使得高度精确的镜片尺寸较小,减少色差。微型镜头可用于小摄像机和内窥镜,以在成像期间纠正颜色失真。

双光子光刻使用聚焦激光束来聚合称为光致抗蚀剂的液体光敏材料。双光子吸收允许光致抗蚀剂在立方微米体积中聚合,这使得能够在微米刻度上制造复杂的光学结构。斯图加特团队一直在调查微米光学用双光子光刻技术制作的。
研究人员使用3D打印来制作高度精确和复杂的复杂的镜片,可用于在成像期间纠正颜色失真。Courtesy of Michael Schmid, University of Stuttgart。
研究人员使用3D打印来制造高度精确和复杂Apochromat.集成电路微型透镜,可用于纠正成像期间的颜色失真。Courtesy of Michael Schmid, University of Stuttgart。

“我们注意到,在用我们的相机拍摄的一些图像中存在着被称为色差的颜色错误微光学迈克尔施密德说,我们首先设计了改进的光学性能,以改善光学性能,以减少这些误差。“

当它进入镜头时,光折射的方式取决于其波长。没有校正,例如,红光,例如,将折射到不同的位置,而不是蓝光,导致条纹或彩色接缝 - 色差 - 显示在图像中。

研究人员设计了传统上用于纠正这些色差的微型透镜。他们首先使用一种消色差透镜,这种透镜结合了折射和衍射成分,通过将两个波长聚焦在同一平面上来限制色差的影响。他们使用了Nanoscribe GmbH公司生产的一种商用双光子光刻仪,在打印的光滑折射透镜上一步添加了衍射表面。

然后,研究人员通过将折射衍射透镜与由具有不同光学性质的不同光致抗蚀剂制成的另一透镜组合而设计了一种角膜透镜。用折射衍射表面旋转双重透镜进一步降低色差,从而提高了成像性能。
在新镜片的测试中,参考镜片(左图)由于色差显示出颜色接缝。3d打印的消色差镜头(中间)大大减少了这些,而用消色差镜头(右边)拍摄的图像完全消除了颜色失真。Courtesy of Michael Schmid, University of Stuttgart。
在新镜片的测试中,参考镜片(左图)由于色差显示出颜色接缝。3d打印的消色差镜头(中间)大大减少了这些,而用消色差镜头(右边)拍摄的图像完全消除了颜色失真。Courtesy of Michael Schmid, University of Stuttgart。

为了表明,新的角色镜片可以减少色差,研究人员测量了三个波长的焦点位置,并将其与没有颜色校正的简单折射镜头进行比较。虽然具有没有色校正的参考透镜显示出多μm分离的焦点,而那种色调镜片显示出在1μm内的焦点。

研究人员还使用了当量镜片来获取图像。使用简单参考镜头拍摄的图像显示出强大的彩色接缝。虽然3D印刷的Achromat大大降低了这些,但只有用Apochromat拍摄的图像完全消除了彩色接缝。

Schmid说:“我们的测试结果表明,3d打印显微光学的性能可以得到改善,双光子光刻技术可以用于组合折射和衍射表面以及不同的光阻剂。”

随着该技术的发展,研究人员认为,制造时间将变得更快,使其成为印刷的近代微墨的方法更加实用。它目前可能需要几个小时才能创建一个微光学元件,具体取决于尺寸。虽然3D打印技术继续成熟,但研究人员正在努力为不同的应用创建新的镜头设计。

Schmid说:“在过去的几年里,光学微结构的3D打印技术有了巨大的进步,提供了其他方法无法提供的设计自由。”“我们对3d打印复杂显微光学的优化方法为创造新的创新光学设计开辟了许多可能性,这可以造福于许多研究领域和应用。”

这种3d打印的微透镜可以应用于多种领域。Schmid说:“3d打印复杂的显微光学技术意味着它们可以直接制作在许多不同的表面上,比如用于数码相机的CCD或CMOS芯片。”“这种显微光学装置还可以打印在光纤的末端,以制造成像质量优良的非常小的医用内窥镜。”

该工作由斯图加特大学物理研究所(第4届)主任Harald Giessen教授领导。研究出现在光学信www.doi.org/10.1364/OL.423196)是光学学会(OSA)的出版物。

photonics.com.
2021年5月
词汇表
微光学
微型(直径小于2毫米)透镜、分束器和其他光学元件,例如用于内窥镜或显微镜,或用于聚焦半导体激光器和光纤的光。
Apochromat.
又称复色透镜。一种镜片,通过使用特殊的眼镜使次级光谱减少,或使三种颜色成为同一焦点。它通常由三种不同种类的玻璃组成。
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注释
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