[發明專利]一種柔性制作曲面仿生復眼結構的方法

有效

• 申請號: 201610808686.6
• 申請日: 2016-09-07
• 公開（公告）號: CN106199781B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 李木軍;黃勝洲;沈連婠
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 成金玉,盧紀

技術領域

本發明涉及光學仿生領域，特別涉及一種柔性制作曲面仿生復眼結構的方法。

背景技術

仿生復眼具有體積小、重量輕、視場大、靈敏度高、可測速等優點，在國防軍事及民用工業中有著廣泛的應用。對于視場角大于平面型仿生復眼的曲面仿生復眼來說，目前制作曲面仿生復眼結構主要方法有超精密加工技術、曲面光刻法以及雙光子飛秒激光直寫技術等。

其中超精密加工技術由于其設備成本高、操作要求高，且對于加工的尺寸有一定的限制，一般不超過微米級。曲面光刻法一般包括液滴法和灰階掩膜光刻法，對于液滴法由于液滴工藝精度的限制，單個透鏡尺寸很難達到1毫米以下；而對于灰階掩膜光刻法，雖然理論上可以制作出小尺寸的透鏡結構，但是該方法在曲面灰階掩膜版設計時復雜，制作成本較高。目前應用較廣的雙光子飛秒激光直寫技術，雖然加工尺寸不受限，可以達到納米級精度，但是其設備成本較高，加工效率較低。

發明內容

本發明的目的是提供了一種柔性制作曲面仿生復眼結構的方法，避免了直接在曲面基底上制作小眼透鏡的復雜性，通過利用DMD無掩膜光刻技術可以簡單方便的生成各種小眼圖形結構，以及利用兩種光刻膠玻璃軟化溫度(Tg)的差異進行熱回流處理，該方法具有工藝操作簡單、加工周期短、成本低以及形狀可控等優點，能夠很好的滿足大視場成像的要求。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種柔性制作曲面仿生復眼結構的方法，主要通過DMD無掩膜光刻技術和分級熱回流技術來完成，具體為：

步驟1：在襯底上旋涂三層兩種不同厚度的光刻膠，底層和頂層是第一種光刻膠，中間層是玻璃軟化溫度Tg至少高于第一種幾十攝氏度以上的另外一種光刻膠；其中，底層厚度要比頂層厚度至少高于一個數量級，頂層在幾微米以下，底層在幾十微米以上，作為緩沖中間層的厚度很薄，在1～2微米范圍；

步驟2：采用微光學加工技術中的數字微鏡器件(DMD)無掩膜光刻技術，進行兩次無掩膜曝光，第一次完全曝透三層光刻膠，第二次只曝透中間層和頂層的光刻膠；

步驟3：顯影得到底層微柱圖形以及頂層和中間層的微柱或正六棱柱圖形陣列；

步驟4：連續進行兩次熱回流工藝處理，第一次普通熱回流得到復眼大透鏡結構，其底面直徑范圍為幾百微米到1.5毫米；第二次倒置非接觸式熱回流得到復眼大透鏡上分布的小透鏡陣列結構，其底面直徑范圍為20微米到100微米。

所述底層和頂層的光刻膠為AZ4620光刻膠，中間層為S1813光刻膠。

所述步驟1的襯底采用硅、石英玻璃中的任意一種。

所述步驟1的底層光刻膠能夠充分回流時，其厚度與底層微柱圖形直徑成正比關系，要盡量高于所需復眼大透鏡尺寸下的臨界厚度，即要大于1/10倍復眼大透鏡底面半徑尺寸。

所述步驟2的兩次曝光掩膜圖形為虛擬數字掩膜圖形，替代了傳統的物理掩膜版圖形，從而避免了掩膜板的設計和制作；第一次曝光掩膜圖形為圓形陣列，第二次掩模圖形為圓形、正四邊形、正六邊形中的任意一種。

所述步驟3中顯影時，顯影液采用堿性顯影液；顯影時間為2-8分鐘。

所述堿性顯影液為AZ 400K(1:4)、TMAH中的任意一種。

所述步驟4中，第一次熱回流的溫度等于或稍高于玻璃軟化溫度Tg，使得熱回流溫度維持在Tg到Tg+5℃范圍之間；第二次倒置非接觸式熱回流光刻膠與熱板的間隙在0.5毫米到1毫米范圍，太大或太小都會導致回流效果變差。

所述步驟4中，第一次熱回流和第二次熱回流的時間分別是5分鐘以內和1分鐘以內范圍。

本發明的技術效果體現在：

通過發明制作出的曲面復眼結構具有體積小、重量輕(由于是微米級的加工，區別于宏觀的復眼結構加工，所以體積和重量自然很小的，一般很少提及具體范圍)、成本低、結構可控及制作工藝簡單等特點。由于本發明中，主要采用微光學加工技術，可以突破超精密加工等技術的的尺寸限制，實現了體積小、重量輕的優勢。由于發明中，兩次無掩膜圖形的曝光采用的是數字微鏡器件(DMD)無掩膜光刻技術，可以方便快速的設計出所需的透鏡掩膜圖形，避免了物理掩膜板的制作，實現了成本低、結構可控的優勢。由于發明中，最終復眼透鏡的形成主要是通過兩次熱回流技術來完成的，實現了制作工藝簡單的優勢。

附圖說明

圖1為本發明制作方法的流程圖；

圖2為本發明制作工藝示意圖；

圖3為本發明無掩膜光刻加工裝置示意圖；

圖4為本發明仿生復眼大透鏡掩膜圖形。