[發明專利]柔性曲面微透鏡陣列、其制作方法及應用

有效

• 申請號: 201310268134.7
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103345008A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 金建;邸思;謝占功;陳賢帥;杜如虛
• 申請（專利權）人: 廣州中國科學院先進技術研究所
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G03F7/20
• 代理公司: 廣州新諾專利商標事務所有限公司 44100
• 代理人: 肖云

技術領域

本發明涉及一種微透鏡陣列制作技術領域，尤其涉及一種柔性曲面微透鏡陣列的制作及應用。

背景技術

以昆蟲復眼為代表的生物復眼通常具有體積小，視場角大，對高速移動物體敏感等優點。目前已有一些基于微透鏡陣列的仿生復眼成像系統被提出。但受到制作工藝的限制，這些復眼成像系統大多為平面結構，很大程度上喪失了曲面復眼結構的突出優點--大視場角。在自然界中，生物復眼是由聚集在一起的一簇“小眼”所構成，通常整個復眼呈曲面結構。通過這些小眼可以將整個視場分成若干部分，每個小眼對應一定的視場角，只負責觀察視場中的一部分。位于小眼后面的感光細胞將每個小眼觀察到的情況采集下來，接合在一起就形成了整個視場的完整像。要想實現類似生物曲面復眼的成像功能，最簡捷的辦法是采用制作在球面基底上的均一微透鏡陣列結構。微透鏡陣列可將視場進行分割，每個微透鏡構成一個成像通道，對應于不同的視場角，其作用相當于一個小眼。整個陣列分別對視場的不同部分成像，所有成像結果可通過位于透鏡陣列之后的光探測器進行采集，最后形成完整的目標像。

雖然國外一些研究團隊提出了一些在曲面上制作微透鏡陣列的方法，但是這些方法由于設備、工藝復雜，在很大程度上限制了它的應用范圍。目前采用的制作方法之一為激光光刻制造法，Daniela?Radtke等人（期刊論文，題目：Laser?lithographic?fabrication?andcharacterization?of?a?spherical?artificialcompound?eye期刊：OPTICS?EXPRESS，Vol.15,No.6，19March2007）提出了一種通過激光直接在在球面上光刻的方式來制作曲面微透鏡陣列，這種方法能制作出較為完美的曲面微透鏡陣列，但是該方法需要較為精密且昂貴的可旋轉移動激光發射源，因此制作成本很高。另一種方法為熱成型法，PuboQu等人(期刊論文，題目:A?simple?route?to?fabricate?artificial?compoundeye?structures期刊:Optics?Express,Vol.20,No.5，27February2012)提出了一種利用熱玻璃球將平面模板加熱變形成曲面的制作工藝。該小組首先通過激光光刻和濕法刻蝕的方法在平面玻璃基底上制作出凹形微透鏡陣列，然后用PMMA傾覆到該玻璃基底，固化PMMA制作出PMMA材質的微透鏡陣列，最后加熱球形熱熱玻璃至130攝氏度，將PMMA熱壓成曲面，從而形成球面微透鏡陣列。該方法工藝步驟多，需要的設備也較多，熱壓工藝實施起來也有一定的難度。

公開號為CN101676798的中國專利申請公開了一種制作微透鏡陣列的方法，該制備方法為：在透明襯底上勻一層光刻膠；對該光刻膠層進行曝光顯影，形成方形的光刻膠塊；熔融該方形光刻膠塊并迅速冷卻至室溫，形成具有微透鏡形狀的光刻膠掩膜；從透明襯底具有微透鏡形狀光刻膠掩膜的一面進行離子注入，在透明襯底中形成具有不同折射率的兩層材料，其中一層材料具有微透鏡形狀；去除透明襯底上的光刻膠掩膜，形成具有不同折射率的微透鏡陣列結構。該專利的主要目的是制作多層的透鏡陣列，且為平面結構的微透鏡陣列。

發明內容

為彌補上述不足，本發明利用柔性透明基板，結合傳統的光刻和熱熔法制作微透鏡陣列，并通過機械彎曲的方式，將柔性透明基板彎曲成曲面形狀，形成曲面微透鏡陣列。該方法所需設備少，且不需要精密且昂貴的設備，加工方法簡單，制作成本低。

本發明解決其技術問題采用的技術方案如下：一種柔性曲面微透鏡陣列的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）取一具有平整表面的柔性透明基板，將該基板用酒精清洗及異丙醇淋洗后吹干，85～90℃烘烤8～10分鐘后自然冷卻，備用；柔性透明基板大小應適中，不宜過大，否則由于柔性透明基板的柔韌性，影響后續旋涂的光刻膠的平整性。

2）對柔性透明基板表面進行氧氣等離子體處理；所述進行氧氣等離子體處理，具體為，用反應離子刻蝕機（RIE）對基板進行氧離子轟擊，從而在基板表面形成活性氧離子，增加基板的表面能，增加后續光刻膠的粘附性，在顯影過程中不易出現脫膠現象。對基板進行氧氣等離子體處理的真空度為25Pa，功率為60W，轟擊時間為30秒。