Micro-Lens Array (MLA): Utilizarea eficientă a luminii folosind lentile submicronice Notă de aplicare

Martie 17, 2023

Micro-lentilele sunt lentile sub-micrometrice (adesea până la 10 microni), fabricate de obicei cu silice topită datorită caracteristicilor sale excelente de transmisie a razelor UV la IR. MLA-urile sunt matrice una sau bidimensionale ale acestor micro-lentile (lentile), modelate într-o ordine de ambalare pătrată pe o napolitană. MLA-urile sunt fabricate în mod obișnuit folosind procese standard de semiconductor, cum ar fi fotolitografia și gravarea cu ioni reactivi (RIE).

Teorie

Împachetarea lentilelor într-o matrice determină factorul de umplere. Lentilele circulare pe o napolitană pătrată vor acoperi π/4 = 78.5% din napolitană. Un factor de umplere mai mare este de dorit și poate fi realizat prin împachetarea hexagonală a lentilelor, așa cum se vede în Figura 1 - dar aceste matrice nu sunt de obicei aplicabile. Factorul de umplere determină fluxul de lumină al materialului, în afară de transmisivitatea MLA.

Matrice de micro-lentile 1 — Figura 1. Model de aranjament pătrat/hexagonal

MLA-urile sunt implementate în dispozitivele care necesită o creștere a factorului de umplere optică datorită ecranării metalice și a zonelor nefotosensibile, fără utilizarea unor componente optice suplimentare. De exemplu, MLA-urile sunt folosite în dispozitivele cuplate cu încărcare (CCD) pentru a concentra lumina pe fotodioda sa, mai degrabă decât porțile metalice de expunere și scutul, unde informațiile de imagine sunt pierdute.

Matrice de micro-lentile 2 — Figura 2. Parametrii unei lentile convenționale

Matrice de micro-lentile 3 — Figura 3. Diagrama cu raze a lentilei cu o singură/dublă suprafață

Parametri importanți

Diametrul obiectivului
Distanța focală efectivă (EFL)
Raza de curbură (ROC)

Dimensiunea matricei
Indicele de refracție, n
Scurgere a lentilei

Aplicatii

MLA-urile pot omogeniza, colima și imaginează lumina de la diverși emițători, de la lasere cu excimeri la LED-uri de mare putere. Sunt utile pentru aplicații care necesită o frecvență înaltă și uniformitate non-Gauss.

În funcție de cazul de utilizare, sunt utilizate tipuri specifice de micro-lentile, cum ar fi în exemplele (a) și (b).

a) Lentile Gradient-Index (GRIN).

Lentilele GRIN sunt realizate din două suprafețe plane și paralele, unde sunt folosite doar suprafețe optice plane în locul suprafețelor curbe convenționale. Lentila prezintă un indice de refracție variat prin lentilă, ceea ce face ca razele de lumină să se îndoaie în interiorul lentilei (Figura 4). Lentilele GRIN se găsesc, de asemenea, în mod obișnuit în fotocopiatoare și scanere.

Matrice de micro-lentile 4 — Figura 4. Lentila GRIN care provoacă îndoirea razelor de lumină în interior

b) Lentile Micro-Fresnel (MFL)

Lentilele Fresnel sunt formate dintr-o serie de caneluri concentrice gravate în plastic sau sticlă. Acționând ca suprafețe de refracție individuale, contururile îndoaie razele de lumină paralele la o distanță focală comună (Figura 5) sau colimează fasciculul, în funcție de direcție. Direcția de propagare a luminii nu se schimbă într-un mediu, ci este deviată doar la suprafață. Acest obiectiv oferă o performanță de focalizare mai bună în comparație cu lentilele convenționale. MFL este utilizat în mod obișnuit pe ecranele camerelor TLR/SLR.

Matrice de micro-lentile 5 — Figura 5. Lentila MFL care provoacă focalizarea razelor

Sistemele MLA sunt utilizate în următoarele scenarii de aplicare, dar fără a se limita la acestea:

Senzor Shack-Hartmann Wavefront
Tratamente medicale/estetice cu laser
Procesarea materialelor cu laser
Senzori de imagine CCD și CMOS