Micro-Lens Array (MLA): Efektywne wykorzystanie światła przy użyciu soczewek submikronowych Uwaga aplikacyjna

Mikrosoczewki to soczewki submikrometryczne (często do 10 mikronów), zwykle wykonane z topionej krzemionki ze względu na doskonałe właściwości przenoszenia promieni UV do IR. MLA to jedno- lub dwuwymiarowe układy tych mikrosoczewek (soczewek), ułożone w kwadratowy sposób upakowania na płytce. MLA są powszechnie wytwarzane przy użyciu standardowych procesów półprzewodnikowych, takich jak fotolitografia i trawienie jonami reaktywnymi (RIE).

Theory

Upakowanie soczewek w szyku określa współczynnik wypełnienia. Okrągłe soczewki na kwadratowej płytce pokryją π/4 = 78.5% płytki. Wyższy współczynnik wypełnienia jest pożądany i możliwy do osiągnięcia przez sześciokątne upakowanie soczewek, jak pokazano na rysunku 1 – ale te układy zwykle nie mają zastosowania. Współczynnik wypełnienia określa przepuszczalność światła materiału, oprócz przepuszczalności MLA.

MLA są implementowane w urządzeniach wymagających zwiększenia optycznego współczynnika wypełnienia ze względu na metalowe ekranowanie i obszary nieświatłoczułe, bez użycia dodatkowych elementów optycznych. Na przykład MLA są używane w urządzeniach ze sprzężeniem ładunkowym (CCD) w celu skupienia światła na fotodiodzie, a nie na metalowych bramkach ekspozycyjnych i osłonie, gdzie informacje o obrazie są tracone.

Ważne parametry

Zastosowania

MLA mogą homogenizować, kolimować i obrazować światło z różnych emiterów, od laserów ekscymerowych po diody LED o dużej mocy. Są przydatne w zastosowaniach wymagających wysokiej częstotliwości i nie-gaussowskiej jednorodności.

W zależności od przypadku użycia, stosowane są określone typy mikrosoczewek, jak w przykładach (a) i (b).

a) Soczewki o współczynniku gradientu (GRIN).

Soczewki GRIN składają się z dwóch płaskich i równoległych powierzchni, przy czym zamiast konwencjonalnych zakrzywionych powierzchni stosowane są tylko płaskie powierzchnie optyczne. Soczewka ma zróżnicowany współczynnik załamania światła przechodzący przez soczewkę, co powoduje, że promienie świetlne załamują się wewnątrz soczewki (Rysunek 4). Soczewki GRIN są również powszechnie spotykane w kserokopiarkach i skanerach.

b) Soczewki mikro-Fresnela (MFL)

Soczewki Fresnela składają się z szeregu koncentrycznych rowków wyrytych w plastiku lub szkle. Działając jak pojedyncze powierzchnie załamujące, kontury zaginają równoległe promienie światła do wspólnej ogniskowej (Rysunek 5) lub kolimują wiązkę, w zależności od kierunku. Kierunek rozchodzenia się światła nie zmienia się w ośrodku, a jedynie odchyla się na powierzchni. Obiektyw ten zapewnia lepszą ostrość w porównaniu z konwencjonalnymi obiektywami. MFL jest powszechnie stosowany w ekranach aparatów TLR/SLR.

Systemy MLA są używane między innymi w następujących scenariuszach aplikacji:

• Czujnik czoła fali Shacka-Hartmanna
• Medyczne/estetyczne zabiegi laserowe
• Laserowa obróbka materiałów
• Czujniki obrazu CCD i CMOS