CN109143425B - 一种用于采集光场影像的微透镜阵列结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了光场影像采集领域内的一种用于采集光场影像的微透镜阵列结构，包括基片和微透镜阵列，所述微透镜阵列与所述基片之间连接有精调焦机构，基片背离所述微透镜阵列的一侧设有粗调焦机构；所述精调焦机构包括多个同心分布的环形电磁铁，多个环形电磁铁并联在同一电源电路中，每一个所述环形电磁铁的并联电路中均串联有一个环形滑动变阻器；所述微透镜阵列中的每个微透镜均连接有环形的伸缩筒，所述伸缩筒包括内筒和外筒，所述微透镜固定在所述伸缩筒的内筒端部，内筒为铁磁性件，伸缩筒的外筒固定在所述基片朝向所述微透镜阵列的侧面上，所述外筒内设有连接内筒与基片的塑料弹性件。本发明解决了现有微透镜阵列无法调焦的问题。

Description

一种用于采集光场影像的微透镜阵列结构
技术领域
本发明涉及光场影像采集领域，具体涉及一种用于采集光场影像的微透镜阵列结构。
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。
最常规的不可调焦的微透镜阵列示意图，一般是在一块透明基片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。
发明内容
本发明意在提供一种用于采集光场影像的微透镜阵列结构，以解决现有微透镜阵列无法调焦的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于采集光场影像的微透镜阵列结构，包括基片和微透镜阵列，所述微透镜阵列与所述基片之间连接有精调焦机构，所述基片背离所述微透镜阵列的一侧设有粗调焦机构；所述精调焦机构包括多个同心分布的环形电磁铁，多个所述环形电磁铁并联在同一电源电路中，每一个所述环形电磁铁的并联电路中均串联有一个环形滑动变阻器；所述微透镜阵列中的每个微透镜均连接有环形的伸缩筒，所述伸缩筒包括内筒和外筒，所述微透镜固定在所述伸缩筒的内筒端部，所述内筒为铁磁性件，所述伸缩筒的外筒固定在所述基片朝向所述微透镜阵列的侧面上，所述外筒内设有垫在所述内筒与所述基片之间的塑料弹性件。
采用上述结构，通过环形滑动变阻器调节对应环形电磁铁的通电情况，即可调节其磁性，从而与每一微透镜铁磁性的内筒配合，调节相应微透镜与基片之间的距离，从而实现微透镜阵列的调焦。
还包括位于基片外侧的采光筒，所述基片固定在所述采光筒内，所述环形滑动变阻器套设在所述采光筒的外侧。这样不仅可对基片进行保护，更便于对环形滑动变阻器进行安装、操作及维护。
所述基片为表面包覆有PMMA薄膜的硅凝胶板。硅凝胶具有良好的弹性，但是受压易碎，PMMA具有相对硅凝胶具有更好的强度性能，两者均具有优异的光学性能，这样以硅凝胶为填充内部的主要材料，PMMA为外部限定变形量进行保护的辅助材料，形成的基片保留良好的光学性能的同时具有一定的变形能力和力学性能，更便于进行微透镜阵列的整体变焦。
所述粗调焦机构包括可拆卸连接在所述采光筒内的透镜组，所述采光筒内位于所述透镜组与所述基片之间的部分形成密闭空腔，所述采光筒的侧壁上固定有微型电机和负压室，所述负压室内设有与所述微型电机连接的负压风扇，所述负压室连接有主气管，所述主气管与所述密闭空腔连通，在所述主气管上设有第一调节阀。这样设置的粗调焦机构通过微型电机对负压风扇的驱动在密闭空腔内产生负压或正压，结合基片的变形性能可对基片进行变形控制，使得基片上的微透镜阵列可整体跟随基片的变化产生排列变化，可进行平面、凹陷或凸起等整体调焦操作，通过第一调节阀可控制密闭空腔内的气压进而调节基片的变形量。
在所述主气管上支连有调节管的一端，所述调节管的另一端敞口，在所述调节管上设有第二调节阀，所述调节管的直径大于所述主气管的直径。这样设置调节管可分担负压室对主气管的气体抽吸或排放，通过第二调节阀调整调节管的气体流量可间接控制密闭空腔内的气压进而控制基片的变形量。
在所述采光筒上还固定有微型涡流管，所述负压室的排气端与所述微型涡流管的进气端连通，所述微型涡流管的冷气端连接有朝向微型电机的降温管。这样可利用抽离的气流产生低温气流反馈用于微型电机的降温，避免微型电机长时间运转产生高温影响正常运转及基片的性能。
所述塑料弹性件为塑料压缩弹簧。采用塑料材质的压缩弹簧，可避免金属件影响环形电磁铁对伸缩筒的调节作用。
本发明有益效果在于：1、通过对微透镜与基片的分离设置，结合使用多个可以单独控制的环形电磁铁，对微透镜阵列与基片之间的距离沿环形分区域进行控制，可沿环形电磁铁半径方向分层对微透镜阵列进行调焦处理，使得采集的光场影像层次更加清晰；2、通过对基片的结构进行创新，采用硅凝胶内层填充、PMMA薄膜外层保护的结构形成具有优异光学性能及力学性能的可变形基片，结合采光筒、透镜组、微型电机、负压机构等可通过基片的变形对微透镜阵列进行整体调焦处理，实现对微透镜阵列的粗略调焦，可实现对微透镜阵列采集光场影像的两级调焦控制，使得采集的光场影像质量更好；3、集成光、机、电一体化的结构，更加自动化、集约化，保证功能多样的情况下充分利用能源，更加环保高效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为图1中A部的放大视图。
附图标记：采光筒1、微透镜2、PMMA薄膜3、主气管4、第一调节阀5、第二调节阀6、调节管7、负压室8、微型电机9、透镜组10、微型涡流管11、环形滑动变阻器12、硅凝胶板13、环形电磁铁14、外筒15、内筒16、塑料压缩弹簧17。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例包括圆形的基片和呈多层环状布置的微透镜阵列，在所述微透镜阵列与所述基片之间连接有精调焦机构，在所述基片背离所述微透镜阵列的一侧设有粗调焦机构。所述精调焦机构包括多个同心分布的环形电磁铁14，每一所述环形电磁铁14均与基片同轴布置。所述环形电磁铁14的数量和位置不做限定，如图2所示，所述环形电磁铁14可以是正对微透镜阵列相邻环之间的位置；也可以是微透镜阵列的每一环微透镜均正对一个环形电磁铁。多个所述环形电磁铁14并联在同一电源电路中，在每一个所述环形电磁铁14的并联电路中均串联有一个环形滑动变阻器12。所述微透镜阵列中的每个微透镜2均连接有环形的伸缩筒，所述伸缩筒包括内筒16和外筒15，所述微透镜2固定在所述伸缩筒的内筒16端部，所述内筒16为铁磁性件，所述伸缩筒的外筒15固定在所述基片朝向所述微透镜2阵列的侧面上，所述外筒15内设有垫在所述内筒16与所述基片之间的塑料弹性件，本实施例优选所述塑料弹性件为塑料压缩弹簧17。
当调节任一环形滑动变阻器12时，对应的环形电磁铁14磁性发生改变，环形电磁铁14与内筒16之间的磁力发生改变，该磁力与塑料弹性件的弹力相互作用，从而对相应微透镜2与基片之间的距离进行调整，最终实现焦距的微调。还包括位于基片外侧的采光筒1，所述基片固定在所述采光筒1内，所述环形滑动变阻器12套设在所述采光筒1的外侧。
所述基片为表面包覆有PMMA薄膜3的硅凝胶板13。所述粗调焦机构包括可拆卸连接在所述采光筒1内的透镜组10，所述采光筒1内位于所述透镜组10与所述基片之间的部分形成密闭空腔。所述采光筒1的侧壁上固定有微型电机9和负压室8，所述负压室8内设有与所述微型电机9连接的负压风扇，所述负压室8连接有主气管4，所述主气管4与所述密闭空腔连通，在所述主气管4上设有第一调节阀5。在所述主气管4上还支连有调节管7的一端，所述调节管7在主气管4上的支连位置位于第一调节阀5与负压室8之间。所述调节管7的另一端敞口，在所述调节管7上设有第二调节阀6，所述调节管7的直径大于所述主气管4的直径。
在所述采光筒1上还固定有微型涡流管11，所述负压室8的排气端与所述微型涡流管11的进气端连通，所述微型涡流管11的冷气端连接有朝向微型电机9的降温管。
本实施例中所采用的微型电机为市面购买的英倍达微型电机厂型号为Fc130s-07550-38DV ROHS的微型电机，本实施例中所采用的微型涡流管为市面购买的纬尔牌VC62004-M涡流管。

Claims (4)

1.一种用于采集光场影像的微透镜阵列结构，包括基片和微透镜阵列，其特征在于：所述微透镜阵列与所述基片之间连接有精调焦机构，所述基片背离所述微透镜阵列的一侧设有粗调焦机构；所述精调焦机构包括多个同心分布的环形电磁铁，多个所述环形电磁铁并联在同一电源电路中，每一个所述环形电磁铁的并联电路中均串联有一个环形滑动变阻器；所述微透镜阵列中的每个微透镜均连接有环形的伸缩筒，所述伸缩筒包括内筒和外筒，所述微透镜固定在所述伸缩筒的内筒端部，所述内筒为铁磁性件，所述伸缩筒的外筒固定在所述基片朝向所述微透镜阵列的侧面上，所述外筒内设有垫在所述内筒与所述基片之间的塑料弹性件；
还包括位于基片外侧的采光筒，所述基片固定在所述采光筒内，所述环形滑动变阻器套设在所述采光筒的外侧；
所述粗调焦机构包括可拆卸连接在所述采光筒内的透镜组，所述采光筒内位于所述透镜组与所述基片之间的部分形成密闭空腔，所述采光筒的侧壁上固定有微型电机和负压室，所述负压室内设有与所述微型电机连接的负压风扇，所述负压室连接有主气管，所述主气管与所述密闭空腔连通，在所述主气管上设有第一调节阀；
在所述主气管上支连有调节管的一端，所述调节管的另一端敞口，在所述调节管上设有第二调节阀，所述调节管的直径大于所述主气管的直径。
2.根据权利要求1所述的一种用于采集光场影像的微透镜阵列结构，其特征在于：所述基片为表面包覆有PMMA薄膜的硅凝胶板。
3.根据权利要求2所述的一种用于采集光场影像的微透镜阵列结构，其特征在于：在所述采光筒上还固定有微型涡流管，所述负压室的排气端与所述微型涡流管的进气端连通，所述微型涡流管的冷气端连接有朝向微型电机的降温管。
4.根据权利要求3所述的一种用于采集光场影像的微透镜阵列结构，其特征在于：所述塑料弹性件为塑料压缩弹簧。
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