一种大视场双焦点复眼透镜的制造方法

本发明属于微纳制造加工技术领域，特别涉及一种大视场双焦点复眼透镜的制造方法。

背景技术：

与脊椎动物的视觉系统相比，自然界中昆虫复眼具有独特的构造，无数微米级的小眼整齐排列在曲面上，这种构造方式使得昆虫复眼视场大，可全方位观察周围物体；对运动物体具有很高的感知灵敏度。由于昆虫复眼的特殊构造，它被认为是理想的视觉系统，在医疗，工业和军事等领域具有广泛的应用前景。

受此启发，可将平面微透镜阵列变为曲面分布，解决微透镜特定焦距带来的视场小的问题。尽管曲面复眼透镜的广角成像，仍不能很好地区分外部不同距离的物体，特别是对近距离物体的显微成像，使得仿生复眼在变焦成像中的应用受到很大程度的限制。现有的双焦点或多焦点微透镜阵列会扩大聚焦深度，但是其平面分布使得仿生复眼的视场受到很大限制。因此，现有视觉系统难以同时实现大视场和大聚焦深度成像。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种大视场双焦点复眼透镜的制造方法，实现复眼透镜的大面积快速制造，效率高；复眼透镜实现大视场和大聚焦深度成像。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种大视场双焦点复眼透镜的制造方法，包括以下步骤：

1)将玻璃片依次用丙酮、酒精、去离子水清洗，后氮气吹干，c4f8疏水处理，得样片一；

利用阵列式喷印系统在样片一表面制备双焦点微透镜阵列，将样片一固定在高精度移动平台上，设置微透镜喷印间距为70-110μm，利用液滴喷印次数控制微透镜形貌，喷印次数设置为1-16次，制备出一级微透镜阵列；然后，控制高精度移动平台，向左、上各移动35-55μm，喷印光刻胶，制备出二级微透镜阵列，得样片二；

将样片二90-95℃前烘10-15min，紫外曝光100-120s，95-100℃后烘30-35min，制造具有双焦点微透镜阵列的样片三；

2)将pdms本体与固化剂质量比为10:1的液态pdms聚合物旋涂在样片三上，旋涂速度为300-800r/min，时间20-60s，放在70-90℃烘箱中0.5-1.5h，得到具有双焦点微透镜阵列的凹模具样片四；

3)将样片四固定在直径为2-10mm的圆形模具上，施加负压，待气压稳定后，浇灌noa紫外固化胶，覆盖玻璃片，紫外曝光2-10min后脱模，得到具有双焦点微透镜阵列的曲面复眼透镜，即大视场双焦点复眼透镜。

本发明的有益效果：本发明利用可控高精度喷印、气压辅助成形等工艺手段，实现大视场双焦点复眼透镜的制造，效率高；可以同时保证大视场和大聚焦深度成像；本发明可实现复眼透镜的大面积快速制造，有力地推动了仿生视觉系统的实际应用。

附图说明

图1为实施例1制备的大视场双焦点复眼透镜电镜图。

图2为图1中p1部位的结构形貌图。

图3为图1中p2部位的结构形貌图。

图4为实施例1制备的复眼透镜中一级微透镜成像图。

图5为实施例1制备的复眼透镜中二级微透镜成像图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1，一种大视场双焦点复眼透镜的制造方法，包括以下步骤：

1)将玻璃片依次用丙酮、酒精、去离子水清洗，后氮气吹干，c4f8疏水处理，得样片一；

利用阵列式喷印系统在样片一表面制备双焦点微透镜阵列，将样片一固定在高精度移动平台上，设置微透镜喷印间距为90μm，利用液滴喷印次数控制微透镜形貌，喷印次数设置为14次，制备出一级微透镜阵列；然后，控制高精度移动平台，向左、上各移动45μm，喷印光刻胶，制备出二级微透镜阵列，得样片二；

将样片二90℃前烘15min，紫外曝光100s，100℃后烘30min，制造具有双焦点微透镜阵列的样片三；

2)将pdms本体与固化剂质量比为10:1的液态pdms聚合物旋涂在样片三上，旋涂速度为500r/min，时间40s，放在80℃烘箱中1h，得到具有双焦点微透镜阵列的凹模具样片四；

3)将样片四固定在直径为5mm的圆形模具上，施加负压，待气压稳定后，浇灌noa紫外固化胶，覆盖玻璃片，紫外曝光5min后脱模，得到具有双焦点微透镜阵列的曲面复眼透镜，即大视场双焦点复眼透镜。

参照图1-5，图1为实施例1制备的大视场双焦点复眼透镜电镜图，图2为图1中p1部位的结构形貌图，图3为图1中p2部位的结构形貌图，从图中可以看出，在复眼透镜不同位置，不同尺寸的微透镜整齐均匀排列在曲面上；图4为实施例1制备的复眼透镜中一级微透镜成像图，图5为实施例1制备的复眼透镜中二级微透镜成像图，从图中可以看出由于双焦点微透镜阵列的焦距不同，而次级微透镜阵列的焦距小得多，因此需要向后和向前移动平台以实现对初级和次级微透镜的正常成像，这种微透镜焦距的差异可以提高复眼透镜的聚焦深度。

实施例2：将实施例1步骤1)一级微透镜阵列喷印间距改为70μm，喷印次数改为1次，相应二级微透镜阵列喷印间距改为35μm，95℃前烘10min，紫外曝光120s，95℃后烘35min；将实施例1步骤2)旋涂速度改为300r/min，时间60s，放在90℃烘箱中0.5h；将实施例1步骤3)圆形模具直径改为2mm，紫外曝光2min。实施例2得到大视场双焦点复眼透镜与图2结构类似。

实施例3：将实施例1步骤1)一级微透镜阵列喷印间距改为110μm，喷印次数改为16次，相应二级微透镜阵列喷印间距改为55μm，92℃前烘12min，紫外曝光110s，98℃后烘33min；将实施例1步骤2)旋涂速度改为800r/min，时间20s，放在70℃烘箱中1.5h；将实施例1步骤3)圆形模具直径改为10mm，紫外曝光10min。实施例3得到大视场双焦点复眼透镜与图2结构类似。

实施例4：将实施例1步骤1):一级微透镜阵列喷印间距改为80μm，喷印次数改为3次，相应二级微透镜阵列喷印间距改为40μm，92℃前烘12min，紫外曝光110s，98℃后烘33min；将实施例1步骤2)旋涂速度改为700r/min，时间30s，放在70℃烘箱中1.5h；将实施例1步骤3)圆形模具直径改为4mm，紫外曝光4min。实施例4得到大视场双焦点复眼透镜与图2结构类似。

实施例5：将实施例1步骤1)一级微透镜阵列喷印间距改为100μm，喷印次数改为15次，相应二级微透镜阵列喷印间距改为50μm，95℃前烘10min，紫外曝光120s，95℃后烘35min；将实施例1步骤2)旋涂速度改为600r/min，时间50s，放在90℃烘箱中0.5h；将实施例1步骤3)圆形模具直径改为8mm，紫外曝光9min。实施例5得到大视场双焦点复眼透镜与图2结构类似。

技术特征：

1.一种大视场双焦点复眼透镜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将玻璃片依次用丙酮、酒精、去离子水清洗，后氮气吹干，c4f8疏水处理，得样片一；

利用阵列式喷印系统在样片一表面制备双焦点微透镜阵列，将样片一固定在高精度移动平台上，设置微透镜喷印间距为70-110μm，利用液滴喷印次数控制微透镜形貌，喷印次数设置为1-16次，制备出一级微透镜阵列；然后，控制高精度移动平台，向左、上各移动35-55μm，喷印光刻胶，制备出二级微透镜阵列，得样片二；

将样片二90-95℃前烘10-15min，紫外曝光100-120s，95-100℃后烘30-35min，制造具有双焦点微透镜阵列的样片三；

2)将pdms本体与固化剂质量比为10:1的液态pdms聚合物旋涂在样片三上，旋涂速度为300-800r/min，时间20-60s，放在70-90℃烘箱中0.5-1.5h，得到具有双焦点微透镜阵列的凹模具样片四；

3)将样片四固定在直径为2-10mm的圆形模具上，施加负压，待气压稳定后，浇灌noa紫外固化胶，覆盖玻璃片，紫外曝光2-10min后脱模，得到具有双焦点微透镜阵列的曲面复眼透镜，即大视场双焦点复眼透镜。

2.根据权利要求1所述的一种大视场双焦点复眼透镜的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将玻璃片依次用丙酮、酒精、去离子水清洗，后氮气吹干，c4f8疏水处理，得样片一；

利用阵列式喷印系统在样片一表面制备双焦点微透镜阵列，将样片一固定在高精度移动平台上，设置微透镜喷印间距为90μm，利用液滴喷印次数控制微透镜形貌，喷印次数设置为14次，制备出一级微透镜阵列；然后，控制高精度移动平台，向左、上各移动45μm，喷印光刻胶，制备出二级微透镜阵列，得样片二；

将样片二90℃前烘15min，紫外曝光100s，100℃后烘30min，制造具有双焦点微透镜阵列的样片三；

2)将pdms本体与固化剂质量比为10:1的液态pdms聚合物旋涂在样片三上，旋涂速度为500r/min，时间40s，放在80℃烘箱中1h，得到具有双焦点微透镜阵列的凹模具样片四；

3)将样片四固定在直径为5mm的圆形模具上，施加负压，待气压稳定后，浇灌noa紫外固化胶，覆盖玻璃片，紫外曝光5min后脱模，得到具有双焦点微透镜阵列的曲面复眼透镜，即大视场双焦点复眼透镜。

技术总结
一种大视场双焦点复眼透镜的制造方法，先将玻璃片清洗、疏水处理，得样片一；利用阵列式喷印系统在样片一表面制备双焦点微透镜阵列，然后控制高精度移动平台，向左、上各移动，喷印光刻胶，制备出二级微透镜阵列，得样片二；将样片二前烘、紫外曝光、后烘，制造具有双焦点微透镜阵列的样片三；将液态PDMS聚合物旋涂在样片三上，放在烘箱中，得到具有双焦点微透镜阵列的凹模具样片四；将样片四固定在圆形模具上，施加负压，待气压稳定后，浇灌NOA紫外固化胶，覆盖玻璃片，紫外曝光后脱模，得到具有双焦点微透镜阵列的曲面复眼透镜，即大视场双焦点复眼透镜；本发明实现复眼透镜的大面积快速制造，效率高；复眼透镜实现大视场和大聚焦深度成像。

技术研发人员：李江;黄玉祥;朱瑞祥;闫小丽;付作立
受保护的技术使用者：西北农林科技大学
技术研发日：2021.04.22
技术公布日：2021.07.23