[發明專利]多焦距曲面復眼透鏡的設計與制備方法

有效

• 申請號: 202010052554.1
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111175861B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 劉永順;黃如霞;陶可楷;連高歌;吳一輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B3/00
• 分類號: G02B3/00;G02B27/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛良

1.一種多焦距曲面復眼透鏡的設計與制備方法，其特征在于：該方法具體步驟包括如下：

步驟S110：對曲面復眼透鏡進行光學設計，使得每一級子眼透鏡的焦點落在同一焦平面上，并與感光元器件的像面匹配，得到每一級子眼透鏡的弦長；

步驟S120：根據光學設計得到的曲面復眼透鏡，選擇基底并在所述基底表面旋涂光刻膠，形成帶有微透鏡陣列的光刻膠掩膜；

步驟S130：對涂附有光刻膠掩模的基底進行刻蝕，將微透鏡陣列轉移到基底上；

步驟S140：清洗去除所述基底表面的光刻膠，并對基底進行鈍化處理；

步驟S150：在鈍化后基底的微透鏡陣列上鋪設聚合物，將微透鏡陣列復制到了聚合物層上，并將所述聚合物層從基底上剝離；

步驟S160：利用PDMS預聚液進行反脫模，將聚合物微透鏡陣列轉移到PDMS薄膜上；

步驟S170：復制PDMS薄膜上的微透鏡陣列，制備得到所設計的曲面復眼透鏡；

所述步驟S110中，進行光學設計的具體過程如下：

令光線從曲面復眼透鏡的上表面平面端向著下表面曲面端入射，在經過子眼透鏡的匯聚后，使得焦點落在感光元器件的像面上；

對子眼透鏡進行分級，位于下表面最中心處對應的為0級子眼，子眼級數逐層遞加至n級，則0級子眼的焦距為l₀，各級子眼的焦距為l_n，n的取值為1,2,3…；

計算得到各級子眼的焦距l_n，并根據各級子眼的焦距l_n得到子眼透鏡球冠的弦長S；

所述計算得到各級子眼的焦距l_n，并得到子眼透鏡球冠的弦長S，其具體過程如下：

設光線入射角為α，經過曲面復眼透鏡上表面折射的折射角為θ，當光線通過上表面時發生折射，即得到公式(1)：

n₀sinα＝n sinθ (1)

各級子眼的焦距l_n的大小等于像方焦點f′，r為子眼透鏡的曲率半徑，根據像方焦點的公式得到公式(2)：

根據光路圖幾何關系得到公式(3)：

聯立公式(2)和(3)得到公式(4)：

即得到微透鏡的曲率半徑r隨著θ的變化如公式(5)所示：

根據曲率半徑r得到子眼透鏡球冠的弦長S，如公式(6)所示：

其中，n₀為空氣折射率；n為制備曲面復眼透鏡的材料光敏膠的折射率；R為曲面復眼透鏡球冠的曲率半徑；h₀為子眼透鏡球冠的矢高。

2.根據權利要求1所述的多焦距曲面復眼透鏡的設計與制備方法，其特征在于：所述步驟S120具體為：所述基底上旋涂黏附劑后再涂附光刻膠，并利用高速離心使光刻膠在所述基底上均勻分布后進行前烘，得到帶有微透鏡陣列的光刻膠掩膜。

3.根據權利要求2所述的多焦距曲面復眼透鏡的設計與制備方法，其特征在于：所述步驟S130具體為：所述基底上未附著光刻膠掩模版的地方進行ICP刻蝕，得到與光刻膠掩模版同樣圖形的微透鏡陣列。

4.根據權利要求3所述的多焦距曲面復眼透鏡的設計與制備方法，其特征在于：所述步驟S140中，進行鈍化處理的具體過程如下：

將刻蝕完畢的基底浸泡在丙酮溶液中，初步去除所述基底上光刻膠；

將濃硫酸與過氧化氫按3：1比列混合配備溶液，將所述基底放入溶液蒸煮至沸騰，去除剩余光刻膠及部分雜質；

采用清水清洗去所述基底上的硫酸；

采用C₄F₈對硅片基底進行鈍化，并在硅片表面形成鈍化層。

5.根據權利要求4所述的多焦距曲面復眼透鏡的設計與制備方法，其特征在于：所述步驟S150具體為：將帶有微透鏡陣列的硅片基底放置于模具內并在其上鋪設一層聚合物層，并在玻璃化溫度下對所述聚合物層進行熱壓處理，待冷卻后將聚合物層從基底上剝離，得到聚合物微透鏡陣列。