一种多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列及其制备方法

1.本发明涉及微机械加工技术领域，特别涉及一种多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列及其制备方法。


背景技术：

2.复眼是昆虫的主要视觉器官，它由许多的小眼组成，每个小眼都有角膜、晶椎、色素细胞、视网膜细胞、视杆的结构，是一个独立的感光单元。复眼动物的视场角可达到180度，且复眼具有对运动物体敏感的特点，使其反应速度能达到人类的5倍。近年来，人们仿照昆虫复眼的成像原理，设计并制造了多焦距曲面复眼透镜，这种系统具有大视场角，可以形成多通道的图像。与传统单孔径成像系统相比，这种系统具有小体积、运动敏感、大视场的特点。
3.目前高新技术逐渐往高度集成化、微型化方向发展。现有光学系统以单目系统为主，对于大视场小型化的需求无法得到满足。通过对自然界中生物复眼的研究发现，复眼具有灵敏度高、视场大、体积小以及质量轻等优点。复眼能在大视场下进行成像，但受到单眼尺寸限制，分辨率无法做到很高，但在近180
°
的成像范围内成像效果都比较均衡且对运动物体具有很高的灵敏度，这也是复眼动物总能提前规避人类攻击性行为的原因。仿生复眼受启于昆虫的主要视觉器官，具有体积小、视场角大以及灵敏度高等特点，是近年来研究较多的微光机电系统。仿生复眼成像系统的研究有希望被应用于解决传统单孔径光学系统在军事、医疗与民事等领域应用中暴露出的诸多问题。目前复眼透镜在制作工艺上已经有较大的发展，设计出的复眼透镜在成像质量上已经得到很大的提升。仿生复眼的部分研究成果在监控定位、导弹制导、复眼相机，led 性能提升等领域已广泛应用，并在机器视觉、工业检测、军事作战、快速响应领域等具有巨大的潜在应用价值。
4.单透镜多焦距曲面微透镜阵列可实现在一个主透镜上实现多通道成像，然而每个子眼间的空隙会使杂光进入，使成像质量下降。为了平衡复眼透镜的占空比与制备过程中的强度，相邻子眼的间距不会超过二百微米，这就需要多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列具有足够的精度，同时要保证光阑与子眼一一对应，光阑空隙需保证光滑。由于子眼的高度一般较小，所以采用原位光阑建模能够很好的满足上述要求。因此，有必要研究一种多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列制备方法。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明实施例中提供一种多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列及其制备方法。
6.第一方面，本发明实施例中提供一种多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列制备方法，包括：通过正掩膜版对硅片进行掩膜，用光刻法在硅片上表面形成第一光刻胶掩膜；对涂有第一光刻胶掩膜的所述硅片上表面进行刻蚀，把微透镜阵列转移到所述硅
片上；对硅片下表面进行喷胶，用负掩膜版进行掩膜以及背部套刻；通过对pdms薄膜进行抽气以及倒模制成曲面复眼透镜；对树脂材料进行处理，把基体树脂放入干燥箱中干燥4h，干燥后的树脂材料放入高速混合机中低速混合2min，加入遮光剂并在室温下混合均匀后放入烘干箱里烘干，得到遮光性良好的遮光树脂；对制成的曲面复眼透镜在三维坐标下进行三维扫描，得到三维文件；利用所述三维文件在扫描好的曲面复眼透镜三维模型上进行原位光阑建模得到复眼光阑；将建模好的复眼光阑以曲面复眼透镜三维坐标为基准，利用3d打印将所述遮光树脂打印到所述复眼透镜上得到复眼光阑。
7.作为一种可选的方案，所述对制成的曲面复眼透镜在三维坐标下进行三维扫描，得到三维文件之前，还包括：对所述曲面复眼透镜喷涂显影剂。
8.作为一种可选的方案，还包括：利用飞秒激光将所述复眼光阑上每个光阑口径精修至一致。
9.作为一种可选的方案，所述利用3d打印将所述遮光树脂打印到所述曲面复眼透镜上得到复眼光阑，包括：采用微纳级3d打印机将制作的遮光树脂直接打印到曲面复眼透镜上得到复眼光阑。
10.第二方面，本发明实施例中提供一种多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列，由上述的多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列制备方法制得。
11.本发明实施例中提供的多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列制备方法，通过正掩膜版对硅片进行掩膜，用光刻法在硅片上表面形成第一光刻胶掩膜，对涂有第一光刻胶掩膜的硅片上表面进行刻蚀，把微透镜阵列转移到硅片上，对硅片下表面进行喷胶、用负掩膜版进行掩膜以及背部套刻，通过对pdms薄膜进行抽气以及倒模制成曲面复眼透镜，对曲面复眼透镜喷涂显影剂以增强反射光线，对树脂材料进行处理，把基体树脂放入干燥箱中干燥4h，干燥后的树脂材料放入高速混合机中低速混合2min，加入遮光剂室温下混合均匀。之后放入烘干箱里烘干，得到遮光性良好的遮光树脂，对制成的曲面复眼透镜在三维坐标下进行三维扫描，导出扫描后的高精度三维文件，在扫描好的曲面复眼透镜三维模型上进行原位光阑建模，将建模好的复眼光阑以曲面复眼透镜三维坐标为基准，用3d打印将遮光树脂直接打印到曲面复眼透镜上得到复眼光阑，可实现消除多焦距曲面复眼透镜大部分杂散光，大幅度提高了成像质量。
附图说明
12.图1为本发明实施例中提供一种多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列制备方法的流程图；图2为本发明实施例中提供一种多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列制备方法中曲面复眼透镜的结构剖视图；
图3为本发明实施例中提供一种多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列制备方法中复眼光阑的结构剖视图。
具体实施方式
13.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
14.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
15.结合图1所示，本发明实施例中提供一种多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列制备方法，包括：s101、通过正掩膜版对硅片进行掩膜，用光刻法在硅片上表面形成第一光刻胶掩膜；s102、对涂有第一光刻胶掩膜的所述硅片上表面进行刻蚀，把微透镜阵列转移到所述硅片上；s103、对硅片下表面进行喷胶，用负掩膜版进行掩膜以及背部套刻；s104、通过对pdms薄膜进行抽气以及倒模制成曲面复眼透镜，结合图2所示；s105、对树脂材料进行处理，把基体树脂放入干燥箱中干燥4h，干燥后的树脂材料放入高速混合机中低速混合2min，加入遮光剂并在室温下混合均匀后放入烘干箱里烘干，得到遮光性良好的遮光树脂；s106、对制成的曲面复眼透镜在三维坐标下进行三维扫描，得到三维文件；s107、利用所述三维文件在扫描好的曲面复眼透镜三维模型上进行原位光阑建模得到复眼光阑；s108、将建模好的复眼光阑以曲面复眼透镜三维坐标为基准，利用3d打印将所述遮光树脂打印到所述曲面复眼透镜上得到复眼光阑，结合图3所示。
16.在s106，所述对制成的曲面复眼透镜在三维坐标下进行三维扫描，得到三维文件之前，还包括：对所述曲面复眼透镜喷涂显影剂，做三维扫描前处理，由于曲面复眼透镜具有良好的透光性和反射率低等特性，所以对曲面复眼透镜喷涂显影剂以增强反射光线。
17.为了方便对复眼光阑的孔径进行调整，利用3d打印将所述遮光树脂打印到所述曲面复眼透镜上得到复眼光阑之后，利用飞秒激光将复眼光阑上每个光阑口径精修至一致。
18.在一些实施例中，所述利用3d打印将所述遮光树脂打印到所述曲面复眼透镜上得
到复眼光阑，包括：采用微纳级3d打印机将制作的遮光树脂直接打印到曲面复眼透镜上得到复眼光阑。
19.本发明实施例中提到微透镜阵列采用环形排布的设计，每一级子眼的口径与高度均发生变化，子眼之间的空隙与由遮光树脂制作的复眼光阑匹配。
20.本发明实施例中提供的一种多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列制备方法，包括：s201、通过正掩膜版对硅片进行掩膜，用光刻法在硅片上表面形成第一光刻胶掩膜。对涂有第一光刻胶掩膜的上表面进行刻蚀，把微透镜阵列转移到硅片上，硅片具有上表面和下表面。
21.s202、对硅片下表面进行喷胶、用负掩膜版进行掩膜以及背部套刻。
22.s203、通过对pdms薄膜进行抽气以及倒模制成曲面复眼透镜。
23.s204、对曲面复眼透镜喷涂显影剂以增强反射光线。
24.s205、对树脂材料进行处理，把基体树脂放入干燥箱中干燥4h，干燥后的树脂放入高速混合机中低速混合2min，加入遮光剂室温下混合均匀，放入烘干箱里烘干，得到遮光性良好的遮光树脂。
25.s206、对制成的曲面复眼透镜在三坐标下进行三维扫描，导出扫描后的高精度三维文件。
26.s207、在扫描好的曲面复眼透镜三维模型上进行原位光阑建模，建模模型光阑口径要略小于实际口径。
27.s208、将建模好的复眼光阑以曲面复眼透镜三维坐标为基准，用微纳级3d打印机将制作的遮光树脂直接打印到曲面复眼透镜上。
28.s209、用飞秒激光将复眼光阑的每个光阑口径精修至一致。
29.本发明实施例中提供的多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列制备方法，通过正掩膜版对硅片进行掩膜，用光刻法在硅片上表面形成第一光刻胶掩膜，对涂有第一光刻胶掩膜的硅片上表面进行刻蚀，把微透镜阵列转移到硅片上，对硅片下表面进行喷胶、用负掩膜版进行掩膜以及背部套刻，通过对pdms薄膜进行抽气以及倒模制成曲面复眼透镜，对曲面复眼透镜喷涂显影剂以增强反射光线，对树脂材料进行处理，把基体树脂放入干燥箱中干燥4h，干燥后的树脂材料放入高速混合机中低速混合2min，加入遮光剂室温下混合均匀。之后放入烘干箱里烘干，得到遮光性良好的遮光树脂，对制成的曲面复眼透镜在三维坐标下进行三维扫描，导出扫描后的高精度三维文件，在扫描好的曲面复眼透镜三维模型上进行原位光阑建模，将建模好的复眼光阑以曲面复眼透镜三维坐标为基准，用3d打印将遮光树脂直接打印到曲面复眼透镜上得到复眼光阑，可实现消除多焦距曲面复眼透镜大部分杂散光，大幅度提高了成像质量。
30.相应地，本发明实施例中提供一种多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列，由上述的多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列制备方法制得，可实现消除多焦距曲面复眼透镜大部分杂散光，大幅度提高了成像质量。
31.应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
32.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。