CN103217728B - 一种具有滤光功能的微透镜阵列及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有滤光功能的微透镜阵列及其制备方法，属于光学领域。所述方法包括：在基底上制备不同的滤光区域；将基底进一步曝光；在基底上光刻出圆柱形图案；利用光刻胶热熔法，制备微透镜阵列。本发明通过颜色光阻剂结合传统的光刻法，利用掩膜板的对准标记，在基底上制作好具有滤光功能的滤光区域，然后直接在该区域以热熔法制作微透镜阵列，使得该微透镜集成滤光功能，减少了一层滤光片结构，集成度高，有利于提高成像质量，同时也避免了滤光片与微透镜阵列对准集成的问题。并且可以应用于多谱成像系统中，实现单色成像和彩色重构，并大大降低系统复杂度和成本，制作工艺简单，工艺新颖，成功率高。

Description

一种具有滤光功能的微透镜阵列及其制备方法

技术领域

本发明涉及光学领域，特别涉及一种具有滤光功能的微透镜阵列及其制备方法。

背景技术

微透镜列阵是由通光孔径及浮雕深度为微米级的透镜组成的列阵，它不仅具有传统透镜的聚焦、成像等基本功能，而且具有单元尺寸小、集成度高、多通道等特点，使得它能够完成传统光学元件无法完成的功能，并能构成许多新型的光学系统。

在一些实际应用中，有时人们只关心某一单色光的成像。例如，人体血管成像中需要关心的是蓝色光线所成的像，这就需要用到多谱成像系统。人们采用多通道集成彩色滤光片与微透镜阵列相结合的方式，利用微透镜阵列的多通道特点，可以实现多谱成像功能。下面介绍一种微透镜制备方法和一种多通道集成彩色滤光片与微透镜阵列相结合的方法。

(1)光刻胶热回流技术制备微透镜阵列。

光刻胶热回流法(光刻胶热熔法)是Zoran D.Popovic等人(期刊论文，题目:Technique for monolithic fabrication of microlens arrays期刊:Applied Optics,Vol.27,Issue7,pp.1281-1284，1988)提出的，整个工艺过程可以分为三步，一、对基板上的光刻胶在掩模的遮蔽下进行曝光，曝光图案呈圆形，矩形或正六边形；二、对曝光后的光刻胶进行显影并清洗残余物质；三、放置于加热平台上，热熔成型。由于这种方法具有工艺简单，对材料和设备的要求较低，工艺参数稳定且易于控制，复制容易等优点，被广泛地用于微透镜阵列的制备当中。该方法是制备微透镜整列最成熟的方法之一，成功率高。

（2）多通道彩色滤光片和微透镜阵列结合的多谱成像系统。

Shogenji等人(期刊论文，题目:Multispectral imaging using compact compoundoptics期刊:Optics Express,卷vol.12,no.8,2004)提出了一种基于多通道彩色滤光片和微透镜阵列结合的多谱成像系统。滤光片的每一个通道对应某一种颜色，并与其后的一个微透镜对准，构成一个光通道。每个光通道的成像结果由同一块图像传感芯片记录，从而实现多光谱图像信息的同时获取。该系统通过机械装置将滤光片，微透镜阵列片分别固定，并通过调节其相对位置实现校准。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

目前，已有的方法制作的微透镜阵中，都存在一定的不足。例如，光刻胶热回流技术，该方法是制作微透镜阵列的常用方法，但是该方法制作的微透镜阵列都达不到对某一单色光单独聚光、成像的功能。如果想实现想对某一单色光聚光，就需要如“多通道彩色滤光片和微透镜阵列结合的多谱成像系统”介绍的通过机械装置将多通道滤光片和微透镜阵列片分别固定，通过位置调节来实现滤光片与微透镜阵列对准。这样就从结构上增加了系统的复杂度，在某些应用中会受到限制。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种具有滤光功能的微透镜及其制备方法。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种微透镜阵列及其制备方法，所述方法包括：

在基底上制备不同的滤光区域；

将基底进一步曝光；

在基底上光刻出圆柱形图案；

利用光刻胶热熔法，制备微透镜阵列。

具体地，所述在基底上制备不同的滤光区域，包括如下步骤：

提供基底；

在基底上曝光出需要保留的滤光区域；

在基底上制备某种颜色的滤光区域；

固化颜色光阻剂；

重复上述步骤，在基底其它需要的位置制备其它颜色的滤光片，最终制备红、绿、蓝三通道可见光滤光区域。

具体地，所述提供基底，包括：

提供透光率高，表面平整的玻璃片为基底；

将基底用清水和丙酮清洗，然后置于烘箱中，在130℃时烘烤10分钟；

将颜色光阻剂旋涂于清洗干净的玻璃基底上；

将覆有颜色光阻剂的基底至于烘箱中，在85℃时烘烤2分钟。

进一步地，所述在基底上曝光出需要保留的滤光区域，包括：在掩膜板下紫外曝光出需要保留的滤光区域。

其中，所述紫外曝光的曝光剂量是150mJ；所述掩膜板需要有对准标记。

进一步地，所述在基底上制备某种颜色的滤光区，包括：

将基底在专门的显影液中显影掉多余的未曝光颜色光阻剂，制得某种颜色的滤光区。

进一步地，所述固化颜色光阻剂，包括：

烘箱内烘烤进一步固化颜色光阻剂，烘烤温度是230摄氏度，时间为1小时。

具体地，所述将基底进一步曝光，包括：

将正光刻胶旋涂于上述带有滤光区域的基底上；

进行前烘；

将带有光刻胶的基底置于事先制备好的圆孔掩膜板下进行紫外曝光。

进一步地，所述在基底上光刻出圆柱形图案，包括：

将曝光过的基底置于质量百分比5%的氢氧化钠溶液中，显影出圆柱形图案。

其中，所述显影不能完全显影，至少留有1-2微米正光刻胶。

进一步地，所述利用光刻胶热熔法，制备微透镜阵列，包括：

将制备的带有圆柱形光刻胶的基底置于真空烘箱内，加热至130摄氏度后再持续加热160秒；

光刻胶自动热熔形成微透镜的形状，在烘箱内自然冷却；

制得集成滤光功能的微透镜阵列。

另一方面，提供了一种具有滤光功能的微透镜阵列，所述微透镜阵列包括依次层叠连接的基底、颜色光阻剂和微透镜。

具体地，所述基底为一片透光率高，表面平整的玻璃片。

具体地，所述颜色光阻剂旋涂于清洗干净的玻璃基底上。

具体地，所述微透镜阵列为光刻胶自动热熔于所述颜色光阻剂上形成的。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过颜色光阻剂结合传统的光刻法，利用掩膜板的对准标记，在基底上制作好具有滤光功能的滤光区域，然后直接在该区域以热熔法制作微透镜阵列，使得该微透镜集成滤光功能，减少了一层滤光片结构，集成度高，有利于提高成像质量，同时也避免了滤光片与微透镜阵列对准集成的问题。并且可以应用于多谱成像系统中，实现单色成像和彩色重构，并大大降低系统复杂度和成本，制作工艺简单，工艺新颖，成功率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的微透镜阵列制备方法的流程图；

图2是本发明实施例一提供的微透镜阵列制备工艺的示意图；

图3是本发明实施例二提供的微透镜阵列示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例一提供了一种微透镜阵列的制备方法，参见图1、图2，所述方法包括如下步骤：

步骤101：在基底上制备不同的滤光区域。

具体地，该步骤101包括如下步骤：

步骤1011：提供基底。

优选地，取一片透光率高，表面平整的玻璃片作为基底1。

具体地，将基底1用清水和丙酮清洗，然后置于烘箱中，在130℃时烘烤10分钟，除去水汽和残余丙酮；自然冷却后，用甩胶机将颜色光阻剂2旋涂于清洗干净的玻璃基底上；将覆有颜色光阻剂的基底至于烘箱中，在85℃时烘烤2分钟，去除光阻剂内的溶剂。完成滤光片制备准备工作。

步骤1012：在基底上曝光出需要保留的滤光区域。

具体地，在事先制备好的掩膜板3下，紫外曝光4出需要保留的滤光区域。

其中，曝光剂量是150mJ。曝光过的颜色光阻剂性质会发生改变，不能溶解在专门的显影液中。

其中，掩膜板需要有对准标记，为避免后续步骤中不同的颜色光阻剂重叠。

步骤1013：在基底上制备某种颜色的滤光区。

具体地，将基底在专门的显影液中显影掉多余的未曝光颜色光阻剂，制得某种颜色的滤光区5。其中，显影时间根据实际情况确定。

步骤1014：固化颜色光阻剂。

具体地，在烘箱内烘烤进一步固化颜色光阻剂，提高颜色光阻剂2的稳定性。

优选地，烘烤温度是230摄氏度，时间为1小时。

步骤1015：重复以上步骤，在基底其它需要的位置制备其它颜色的滤光片。最终制备红、绿、蓝三通道可见光滤光区域6。

进一步地，将红色、绿色、蓝色三种光刻胶按上述步骤制备在同一块区域，该区域只能通过近红外光，从而制备成近红外高通滤光区域7。

步骤102：将基底进一步曝光。

具体地，将正光刻胶8旋涂于上述带有滤光区域的基底上，经过前烘后，将带有光刻胶的基底置于事先制备好的圆孔掩膜板9下进行紫外曝光4。

优选地，正光刻胶为AZ4620正光刻胶。

其中，曝光时间、剂量根据胶层厚度、光强决定。曝过光的正光刻胶10能在显影液下去除掉。该步骤中的曝光不会影响颜色光阻剂2的性质。为了保证能正好在需要的位置光刻出圆孔型正光刻胶AZ4620，圆孔掩膜板也需要具有匹配的对准标记。

步骤103：在基底上光刻出圆柱形图案。

具体地，将曝光过的基底置于质量百分比5%的氢氧化钠溶液中，显影出圆柱形图案11。

其中，显影时间要根据光刻胶厚度，由实验决定。

其中，显影过程不能完全显影，要至少留有1-2微米正光刻胶AZ4620，否则圆柱体在其后的热熔中将受到表面张力的影响无法形成透镜形状。

步骤104：利用光刻胶热熔法，制备微透镜阵列。

具体地，将制备的带有圆柱形光刻胶AZ4620的基底置于真空烘箱内，加热至130摄氏度后再持续加热160秒。光刻胶在表面张力的作用下，自动热熔形成微透镜12的形状，在烘箱内自然冷却。即制得集成滤光功能的微透镜阵列。

本发明实施例一提供的上述方法带来的有益效果是：通过颜色光阻剂结合传统的光刻法，利用掩膜板的对准标记，在基底上制作好具有滤光功能的滤光区域，然后直接在该区域以热熔法制作微透镜阵列，使得该微透镜集成滤光功能，减少了一层滤光片结构，集成度高，有利于提高成像质量，同时也避免了滤光片与微透镜阵列对准集成的问题。

实施例二

本发明实施例二提供了一种具有滤光功能的微透镜阵列，参见图3，该微透镜阵列包括依次层叠连接的基底1、颜色光阻剂2和微透镜12。

优选地，取一片透光率高，表面平整的玻璃片作为基底1。

具体地，将颜色光阻剂2旋涂于清洗干净的玻璃基底上；在事先制备好的掩膜板下，紫外曝光出需要保留的滤光区域；将基底1在专门的显影液中显影掉多余的未曝光颜色光阻剂，制得某种颜色的滤光区。

进一步地，将正光刻胶旋涂于上述带有滤光区域的基底上，经过前烘后，将带有光刻胶的基底置于事先制备好的圆孔掩膜板下进行紫外曝光。将曝光过的基底置于质量百分比5%的氢氧化钠溶液中，显影出圆柱形图案。再置于真空烘箱内，加热至130摄氏度后再持续加热160秒。光刻胶在表面张力的作用下，自动热熔形成微透镜的形状，在烘箱内自然冷却后，即制得集成滤光功能的微透镜阵列。

本发明实施例二提供的技术方案带来的有益效果是：可以应用于多谱成像系统中，实现单色成像和彩色重构，并大大降低系统复杂度和成本，制作工艺简单，工艺新颖，成功率高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种微透镜阵列制备方法，其特征在于，所述方法至少包括：

在基底上制备不同的滤光区域：

提供基底，在基底上曝光出需要保留的滤光区域，在基底上制备某种颜色的滤光区域，烘箱内烘烤进一步固化颜色光阻剂，烘烤温度是230摄氏度，时间为1小时，重复上述步骤，在基底其它需要的位置制备其它颜色的滤光片，最终制备红、绿、蓝三通道可见光滤光区域；进一步地，将红色、绿色、蓝色三种光刻胶制备在同一块区域，从而制备成近红外高通滤光区域；

将基底进一步曝光；

在基底上光刻出圆柱形图案：

将曝光过的基底置于质量百分比5％的氢氧化钠溶液中，显影出圆柱形图案；所述显影不能完全显影，至少留有1-2微米正光刻胶；

利用光刻胶热熔法，制备微透镜阵列。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述提供基底，包括：

提供透光率高，表面平整的玻璃片为基底；

将基底用清水和丙酮清洗，然后置于烘箱中，在130℃时烘烤10分钟；

将颜色光阻剂旋涂于清洗干净的玻璃基底上；

将覆有颜色光阻剂的基底至于烘箱中，在85℃时烘烤2分钟。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在基底上曝光出需要保留的滤光区域，包括：

在掩膜板下紫外曝光出需要保留的滤光区域。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述紫外曝光的曝光剂量是150mJ；所述掩膜板需要有对准标记。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在基底上制备某种颜色的滤光区，包括：

将基底在专门的显影液中显影掉多余的未曝光颜色光阻剂，制得某种颜色的滤光区。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将基底进一步曝光，包括：

将正光刻胶旋涂于上述带有滤光区域的基底上；

进行前烘；

将带有光刻胶的基底置于事先制备好的圆孔掩膜板下进行紫外曝光。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用光刻胶热熔法，制备微透镜阵列，包括：

将制备的带有圆柱形光刻胶的基底置于真空烘箱内，加热至130摄氏度后再持续加热160秒；

光刻胶自动热熔形成微透镜的形状，在烘箱内自然冷却；

制得集成滤光功能的微透镜阵列。