3D打印可以用来制造精确、复杂的微型透镜

在一项新的研究中，研究人员表明，3D打印可以用来制作高度精确和复杂的微型透镜，尺寸只有几微米。微透镜可用于校正成像过程中的颜色失真，使小型和轻型相机可以设计为各种应用。

“3D打印复杂微光学的能力意味着它们可以直接在许多不同的表面上制作，比如数码相机中使用的CCD或CMOS芯片，来自德国斯图加特大学(University of Stuttgart)的研究小组成员迈克尔·施密德(Michael Schmid)说。“这种微型光学元件也可以打印在光纤的末端，从而创造出具有卓越成像质量的非常小的医疗内窥镜。”

发表在《光学学会》杂志上光学信，由哈拉尔德·吉森领导的研究人员详细介绍了他们如何使用一种称为双光子光刻的3D打印技术来创建结合折射和衍射表面的透镜。他们还表明，组合不同的材料可以提高这些透镜的光学性能。欧洲杯足球竞彩

“在过去的几年里，微细光学的3D打印技术得到了极大的改进，并提供了其他方法无法提供的设计自由，”施密德说。“我们对3D打印复杂微光学的优化方法，为创造新的和创新的光学设计打开了许多可能性，可以惠及许多研究领域和应用。”

推动3D打印的极限

双光子光刻技术使用聚焦的激光束固化或聚合一种被称为光刻胶的液体光敏材料。这种被称为双光子吸收的光学现象允许立方微米体积的光刻胶被聚合，这使得在微米尺度上制造复杂的光学结构成为可能。

该研究团队在过去10年里一直在研究和优化双光子光刻技术制成的微光学。“我们注意到，使用我们的微光学技术生成的一些图像中存在色差，所以我们开始设计3D打印镜片，改善光学性能，以减少这些误差。”施密德说。

色差的产生是因为光线进入透镜时的弯曲或折射方式取决于光线的颜色或波长。这意味着，如果没有校正，红光会聚焦到与蓝光不同的点，例如，导致图像中出现条纹或色缝。

研究人员设计了传统上用于校正色差的微型透镜。他们首先使用消色差透镜，该透镜结合了折射和衍射组件，通过将两个波长聚焦在同一平面上来限制色差的影响。研究人员使用NanoScribe GmbH公司生产的一种商业可用的双光子光刻仪，一步就可以在打印的光滑折射透镜上添加衍射表面。

然后他们更进一步，设计了一种复消色差透镜，将折射-衍射透镜与另一种由具有不同光学特性的不同光刻胶制成的透镜结合在一起。在双材料透镜顶部加上折射-衍射面，进一步降低色差，从而提高成像性能。该设计由斯图加特技术光学研究所的Simon Thiele完成，他最近成立了PrintOptics公司，为客户提供从设计到原型设计到一系列微光学系统的整个价值链。

测试微光学

为了证明这种新型复消色差透镜可以减少色差，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透镜进行了比较。没有经过色差校正的参考透镜显示了许多微米的焦斑，而复色透镜显示的焦斑在1微米内排列。

研究人员还使用这种镜片来获取图像。使用简单的参考镜头拍摄的图像显示出强烈的颜色接缝。尽管3D打印消色剂大大减少了这些，只有用消色剂拍摄的图像完全消除了颜色接缝。

“我们的测试结果表明，3D打印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刻电阻，”施密德说。

研究人员指出，未来的制造时间将变得更快，这使得这种方法更加实用。目前，根据大小的不同，制造一个微型光学元件可能需要几个小时。随着技术的不断成熟，研究人员正在努力为不同的应用创造新的镜头设计。

来源:https://www.osa.org/en-us/home/