在一項新研究中，研究人員表明，3D 打印可用於製造尺寸僅為幾微米的高精度和復雜的微型鏡頭。 微透鏡可用於校正成像過程中的顏色失真，從而可以將緊湊輕便的相機用於各種應用。

據德國斯圖加特大學研究團隊成員 Michael Schmid 介紹，3D 打印複雜微型光學器件的能力意味著它們可以直接製造在許多不同的表面上，例如用於數碼相機的 CCD 或 CCD。 . CMOS芯片。 還可在光纖末端印刷微型光學器件，打造成像質量極佳的超小型醫用內窺鏡。

在光學協會 (OSA) 的《光學快報》中，Harald Giessen 領導的研究人員詳細介紹了他們如何使用一種稱為雙光子光刻的 3D 打印技術來生產折射和衍射表面透鏡的組合。 他們還表明，結合不同的材料可以提高這些鏡片的光學性能。

在測試新鏡頭時，由於色差，參考鏡頭（左）顯示出極好的接縫。 3D 打印消色差鏡頭（中）大大減少了這些現象，而使用複消色差鏡頭（右）拍攝的圖像完全消除了色彩失真。

研究人員使用 3D 打印技術創建了高度準確和復雜的複消色差微透鏡，可用於校正成像過程中的顏色失真。

Schmid 表示，微光學的 3D 打印在過去幾年中得到了很大的改進，並提供了其他方法無法提供的設計自由度。 我們用於 3D 打印複雜微光學的優化方法為創建新穎和創新的光學設計開闢了許多可能性，這些設計可以使許多研究領域和應用受益。

打破 3D 打印的極限

雙光子光刻使用聚焦的激光束來固化或聚合稱為光刻膠的液體光敏材料。 一種稱為雙光子吸收的光學現象使立方微米體積的光刻膠聚合，從而能夠在微米尺度上製造複雜的光學結構。

近10年來，研究團隊一直在研究和優化利用雙光子光刻技術製造的微型光學器件。 Schmid 表示，我們注意到我們的微光學系統產生的某些圖像存在色差，因此我們著手設計具有改進光學性能的 3D 打印鏡頭以減少這些誤差。

發生色差是因為光線進入鏡頭時的彎曲或折射方式取決於光線的顏色或波長。 這意味著如果不進行校正，紅光將被聚焦到與藍光不同的位置，例如，導致圖像中出現條紋或色差。

研究人員設計了一種傳統上用於校正色差的微型鏡頭。 他們從消色差透鏡開始，該透鏡結合了折射和衍射組件，通過將兩個波長聚焦在同一平面上來限制色差的影響。 研究人員使用由 NanoScribe GmbH 製造的市售雙光子光刻設備一步一步地為印刷的光滑折射透鏡添加衍射表面。

然後，他們通過將折射衍射透鏡與由具有不同光學特性的不同光刻膠製成的另一個透鏡組合，進一步設計了复消色差透鏡。 具有折射衍射面的雙材料透鏡頂部進一步降低了色差，從而提高了成像性能。 該設計由斯圖加特技術光學研究所的 Simon Thiele 領導。 該公司最近成立了 PrintOptics，為客戶提供從設計到原型製作再到一系列微光學系統的整個價值鏈。

測試微光學

為了證明新的複消色差透鏡可以減少色差，研究人員測量了三個波長的焦點位置，並將它們與沒有顏色校正的簡單折射透鏡進行了比較。 雖然沒有顏色校正的參考鏡頭的焦斑相距許多微米，但复消色差透鏡的焦斑卻在 1 微米以內。

研究人員還使用這些鏡頭來獲取圖像。 使用簡單參考鏡拍攝的圖像顯示出強烈的色差。 雖然 3D 打印消色差鏡片大大減少了這些色差，但只有使用消色差鏡片拍攝的圖像才能完全消除色差。

Schmid 表示，我們的測試結果表明，3D 打印微光學器件的性能可以得到提升，並且可以使用雙光子光刻技術將折射和衍射表面以及不同的光刻膠結合起來。

研究人員指出，未來製造時間會變得更快，這使得這種方法更加實用。 根據尺寸的不同，目前製作一個微型光學元件可能需要幾個小時。 隨著技術的不斷成熟，研究人員正在努力為不同的應用創造新的鏡頭設計。

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