曲面仿生复眼的制备方法与流程

本发明属于光学技术领域，特别涉及曲面仿生复眼的制备方法，制作出一种光学成像系统。

背景技术：

随着科学技术的不断发展，光学成像系统应用在各个领域中。由于复眼具有多通道同时成像和子眼曲面分布的结构特点以及高的神经网络集中处理数据能力,因此可完成近距离、大视场条件下对高灵敏度运动目标的探测、定位、超分辨重构以及高精度三维目标测量等任务,这在很大程度上弥补了双目视觉所具有的视场小、可靠性低、功耗高和操作不便等缺陷,因此在军事、医疗以及航空等领域都具有极大的潜在应用价值。

目前，大多数的仿生复眼为平面结构，然而平面仿生复眼普遍缺点就是视场角不够大，小型曲面仿生复眼的结构制作复杂，通常采用光刻胶热熔、激光直写光刻法，这些方法不仅需要较长时间，而且成本高，成功率低，同时制作出的样品精度不高。

技术实现要素：

本发明的目的是针对目前仿生复眼都是平面结构的缺点，提供曲面仿生复眼的制备方法，加工简单、成本低、能重复使用。

采用的技术方案是：

曲面仿生复眼的制作方法，包括以下步骤：

1）、在平面复眼模具内注入液态光聚物，使用紫光灯照射至固化，取出得到微透镜阵列模具，一侧平面上有多个半圆球凹坑。

所述的平面复眼模具上表面开设有平整的平面复眼模具凹槽，平面复眼模具凹槽中心开设有多个孔，多个孔分成多个同心圆环形排列，在最里面的圆环的中心也设置有一个孔；

每个孔的边缘均为圆形，孔内均放置一个圆球作为半圆球凹槽成型件。圆球直径和孔直径相等。

）在球形模具内注入有机硅材料，至固化，取出得到曲面仿生复眼。

所述的球形模具包括球形前凹槽和球形前凸盖，凸面朝向一侧并列设置。

微透镜阵列模具有多个半圆球凹坑的一面向外固定在球形前凹槽中心。

球形前凹槽和球形前凸盖之间的空间为曲面仿生复眼成型空间。球形前凹槽和球形前凸盖曲率可相同。

其优点在于：

本发明大大降低了模具加工的难度及成本。采用的模具浇注的方法制作曲面微透镜阵列，与传统的光刻胶热熔法相比，模具浇注法操作简便、成本低、成功率高、制作的模具能重复利用。

附图说明：

图1是本发明的曲面仿生复眼的结构示意图。

图2是本发明的制作过程流程图。

图3是平面复眼模具的结构示意图。

图4是平面复眼模具放入钢珠的结构示意图。

图5是平面复眼模具放入辅助模具的结构示意图。

图6是球形前凹槽的结构示意图。

图7是压力注射器与球形模具配合使用的结构示意图。

图8为去掉基底上的边的结构示意图。

具体实施方式：

实施例1

曲面仿生复眼的制作方法，包括以下步骤：

1）、利用三维建模软件画出平面复眼模具1、球面模具8和辅助模具5结构图。

所述的平面复眼模具1为圆柱形，上表面开设有平整的平面复眼模具凹槽2，平面复眼模具凹槽2的中心开设有多个孔3，本实施例中孔3的边缘为圆形，孔3的下方为圆柱形，多个孔3的轴线与平面复眼模具1的轴线相平行。平面复眼模具凹槽2为圆形。

多个孔3分成多个同心圆环形排列，在最里面的圆环的中心也设置有一个孔3。本实施例中孔3为225个，均匀分布。多个孔3为盲孔。

球形模具8包括曲率相同并且边缘密封固定连接的球形前凹槽6和球形前凸盖9，凸面朝向一侧并列设置。

球形前凹槽6和球形前凸盖9之间的空间为曲面仿生复眼成型空间。

在平面复眼模具1外侧可固定有辅助模具5，辅助模具5为有辅助模具凹槽14的圆盘，平面复眼模具1设置在辅助模具凹槽14中，平面复眼模具凹槽2的上边缘与辅助模具凹槽面14平齐，因为平面复眼模具1的直径为1cm，在外侧设有较大辅助模具5方便注入NOA61（液态光聚物）。

）、在精密机床上放置金属材料，本实施例中为铝，按照1）中所述的加工出平面复眼模具1和辅助模具5。

用3D打印机打好球形模具8，球形模具8可采用PLA材料。

）、每个孔3内均放置一个上表面为半圆球的半圆球凹槽成型件4，半圆球凹槽成型件4的上半圆球的要能覆盖住孔3，本实施例中的上半圆球的直径与孔3的直径相同，半圆球凹槽成型件4为圆球形的钢珠，直径0.5mm，孔3的直径也为0.5mm。

将NOA61注入排列好钢珠的平面复眼模具1和辅助模具5中，利用紫光灯10照射液态的NOA61，反复多次使其固化。

将固化好的NOA61用镊子小心揭下，将辅助模具5成型的部分去掉，只留下在平面复眼模具1上成型部分的薄膜，此薄膜为微透镜阵列模具7，微透镜阵列模具7一侧为平面，微透镜阵列模具7另一侧的平面上有225个半圆球凹坑。

把微透镜阵列模具7的平面一侧用瞬间固化粘合剂（环氧树脂AB胶）粘在事先准备好的球形前凹槽6的底部正中，微透镜阵列模具7的另一侧225个半圆球凹坑朝上。

）、将PDMS本体（有机硅材料）与固化剂按质量比10:1充分混合，采用抽真空使气泡完全排出，再转移到压力注射器中,然后将PDMS本体与固化剂缓慢的从球形前凸盖9的注入孔注入球形模具8中。PDMS本体（有机硅材料）与固化剂为美国道康宁生产。

采用抽真空使气泡完全排出，是为了防止气泡影响成品的成像质量，并节省PDMS本体固化时间。

在65摄氏度恒温箱内固化10小时，至PDMS本体与固化剂完全固化。

）、将脱模剂（日本三彩SP-751网纹辊清洗剂）摇匀，静置3-5分钟，将脱模剂缓缓倒入球面模具8中，静置15-20分钟，使模具和脱模剂充分接触。

本实施例中摇匀后静置3分钟，将脱模剂缓缓倒入，静置15分钟。

用镊子将 PDMS和固化剂制成的薄膜从球面模具8内取出，尤其在微透镜阵列模具7的边缘要小心揭下,得到均一的曲面仿生复眼15。

曲面仿生复眼15包括基底和在基底前表面的微透镜阵列11（复眼），还可以去掉基底前表面上跟微透镜阵列11平齐的多余的边12。去掉多余的边12以后的成型基底厚度为1mm。

本发明适用于制作微型均一阵列，因此成像质量影响不会很大，将微透镜阵列11按环形排列均匀排布在成型基底13上。均一曲面微透镜阵列结构，较均一平面微透镜阵列结构所成的视场角范围更大。

具有良好的透光性、弹性和化学惰性。制作出的曲面微透镜阵列样品为均匀透明的薄膜。

钢球填充平面复眼模具1，填补不能机械加工小尺寸球面凹槽的空白。

液体NOA61是一种透明、无色、在紫外光照射下即可固化的液态光聚物。使用NOA61胶省去了其他光学粘合系统中通常需要的预混合、干燥或热固化等操作。

液体脱模剂是日本三彩SP-751网纹辊清洗剂。其用途在于能够轻松地将NOA61模具与PDMS剥离，得到完整的微透镜阵列模具7。

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：脱模剂摇匀后静置5分钟，将脱模剂缓缓倒入球面模具8中，静置20分钟。

实施例3

实施例3与实施例1基本相同，其不同之处在于：脱模剂摇匀后静置4分钟，将脱模剂缓缓倒入球面模具8中，静置18分钟。