CN105425324B - 非均一曲面微透镜阵列的制作方法 - Google Patents
非均一曲面微透镜阵列的制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105425324B CN105425324B CN201510947673.2A CN201510947673A CN105425324B CN 105425324 B CN105425324 B CN 105425324B CN 201510947673 A CN201510947673 A CN 201510947673A CN 105425324 B CN105425324 B CN 105425324B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- microlens array
- curved microlens
- homogeneous
- mould
- preparation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N Simethicone Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims abstract description 25
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 claims abstract description 25
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 claims abstract description 25
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims abstract description 25
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 4
- 210000000158 Ommatidium Anatomy 0.000 claims description 5
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 5
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 4
- 241000220317 Rosa Species 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000001429 stepping Effects 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005273 aeration Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 abstract 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- -1 bionic compound Chemical class 0.000 description 2
- 238000004512 die casting Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 2
- 241000998584 Nuda Species 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000002335 preservative Effects 0.000 description 1
- 239000003755 preservative agent Substances 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/0006—Arrays
- G02B3/0012—Arrays characterised by the manufacturing method
- G02B3/0025—Machining, e.g. grinding, polishing, diamond turning, manufacturing of mould parts
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B3/00—Simple or compound lenses
- G02B3/0006—Arrays
- G02B3/0037—Arrays characterized by the distribution or form of lenses
Abstract
本发明公开一种非均一曲面微透镜阵列的制作方法。这种方法包括两部分：采用精密微小型机床加工出曲面微透镜阵列模具；利用浇铸法，将液体PDMS铸入加工好的曲面微透镜阵列模型中，制备出曲面微透镜阵列样品。相比于均一曲面微透镜阵列，这种结构能改善边缘透镜的成像质量，从而提高了整个曲面微透镜阵列的成像质量。本发明制作工艺简单，不需要复杂的设备，成本较低，加工出的模型可重复利用，成功率较高，并且固化后的PDMS具有较强的化学稳定性和较高的透光率。
Description
技术领域
本发明属于光学技术领域，涉及一种光学成像系统，特别是涉及非均一曲面微透镜阵列的制作方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，光学成像系统被广泛的应用于每个领域，如在制导系统中的应用、遥感成像中的应用、红外夜视仪中的应用、医疗器械中的应用等，因此人们对其的要求也不断提高，希望其朝着体积更小、质量更轻、视场角更大的方向发展。所以仿生复眼成为现如今人们研究的一个前沿课题。
目前，大多数的仿生复眼为平面结构，虽然制作工艺简单，但不能满足大视场的要求。为了增大仿生复眼的视场角和提高边缘小眼透镜的成像质量，将微透镜阵列按环形排列的方式放在曲面基底上。这种结构的制作比较复杂，通常采用光刻胶热熔法、激光直写光刻法，这些方法不仅需要较长的时间，而且成本较高，成功率低，同时制作出的曲面仿生复眼样品的精度不高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种加工简单、成本低、能重复使用的新型曲面微透镜阵列的制作及成像分析。
采用的技术方案是：
非均一曲面微透镜阵列的制作方法，包括以下步骤：
步骤一、设计出非均一曲面微透镜阵列的结构；
步骤二、按照设计好的结构，将用于加工曲面微透镜阵列模具的金属材料放在精密微小型机床上，选择不同直径的球头铣刀，确定粗加工的走刀方式；
步骤三、粗加工完成后，采用针对每个小眼单独走刀的方式进行精加工，进而得到曲面微透镜阵列模具。
步骤四、在加工好的模具四角加紧固螺栓，底部加一加热装置，顶部加工出M5的标准螺栓孔和直径为1mm的小孔；
步骤五、采用电解抛光的方法将加工好的曲面微透镜阵列模具进行抛光；
步骤六、将液体PDMS（聚二甲基硅氧烷）的本体和固化剂按10:1的比例充分混合，倒入大压力注射器中，静置两小时，确保里面的气泡完全排出，然后将液体PDMS缓慢的注入加工好的模具中。在常温下静置24小时，至PDMS完全固化后，用镊子将PDMS薄膜从模具的边缘小心的揭下，即可得到曲面微透镜阵列样品；
上述的非均一曲面微透镜阵列为每一组的小眼透镜的曲率、直径、冠高、焦距、间隔的角度都不相同，目的是使每一个小眼透镜都能很好的聚焦到平面探测器上。
上述的非均一曲面微透镜阵列的模具为呈环形排布的凹透镜阵列。
上述的金属材料为45号钢。
上述的粗加工走刀方式为体积铣，即分层铣削平行走刀；精加工的走刀方式为整体环切，即对每个小眼透镜单独走刀，以提高小眼透镜的加工质量。
上述的紧固螺栓是为了使模具更加密封；加热装置能提高PDMS的固化速度；M5的标准螺纹孔和直径为1mm小孔的两者深度为模具上型腔的厚度。
上述的液体PDMS具有良好的透光性、弹性和化学惰性，成本低，便于操作，制作出的曲面微透镜阵列样品为均匀透明的薄膜，薄膜厚度为1mm。
上述的将气泡完全排出，是为了防止气泡影响曲面微透镜阵列样品的成像质量。
上述的电解抛光是以被抛工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通一直流电而产生有选择性的阳极溶解，从而使工件表面光亮度增大，达到镜面效果。
本发明的优点在于：
1、本发明采用非均一曲面微透镜阵列的结构，与均一曲面微透镜阵列结构相比，本发明的结构能改善边缘小眼的成像质量，从而使整体的成像质量有所提高；
2、本发明采用的模具浇注的方法制作非均一曲面微透镜阵列，与传统的光刻胶热熔法相比，模具浇注法操作容易、成本低、成功率高、制作的模具能重复利用，而且PDMS具有良好的透光性、弹性和化学惰性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的实施工艺流程图。
具体实施方式
非均一曲面微透镜阵列的制作方法，包括下列工艺步骤：
步骤一、设计出非均一曲面微透镜阵列的结构，该结构采用环形排布的方式，且每六个小眼透镜都能组成一个六边形，这样设计的目的是为了满足高填充比的要求。非均一是指每一组小眼透镜的曲率、半径、焦距、冠高都不相同，从0级到3级依次减小，目的是为了使每个小眼透镜都能聚焦到平面探测器上，改善了边缘小眼透镜的成像质量。
步骤二、将长、宽、高分别为100mm、100mm、26mm的金属材料（1）放在精密微小型机床上，选择不同直径的球头铣刀，先采用分层铣削平行走刀的方式进行粗加工，然后采用整体环切的方式进行精加工，即对每个小眼透镜单独走刀，以提高小眼透镜的加工质量，进而得到曲面微透镜阵列的初步模具。
步骤三、在加工好的初步模具四角加紧固螺栓（2），目的是在为了提高模具的密封性，避免在注入PDMS时，出现气泡；底部加一加热装置（5），目的是为了PDMS在固化时提高固化速度；顶部加工出M5的标准螺栓孔（3）和直径为1mm的小孔（4），两孔的深度与上型腔的厚度相同为19.5mm，同时还要确保两个孔在三个小眼透镜的中间位置，这是因为液体PDMS可通过小孔注入模具中时，会留下一个浇道，如果两孔开在上型腔的中间位置，浇道就会将中间的小眼透镜遮住，影响小眼的成像质量。因此，确定两孔的位置是非常重要的。
步骤四、采用电解抛光的方法将加工好的曲面微透镜阵列模具进行抛光。电解抛光是以被抛工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通一直流电而产生有选择性的阳极溶解，从而使工件表面光亮度增大，达到镜面效果。
步骤五、将制作好的曲面微透镜阵列模具用保鲜膜包好，避免与空气接触，将镜面表面氧化。
步骤六、在浇注前，先用双氧水将制作的曲面微透镜阵列模具、烧杯、量筒、大压力注射器清洗一遍，确保没有灰尘。然后将模具表面涂一层脱模剂，使固化成型的样品能顺利的从模具上分离开来，从而得到光滑平整的样品，并保证模具能多次使用。
步骤七、用量筒量取4ml的PDMS本体，再量取0.4ml的PDMS固化剂，将量取好的两种液体倒入烧杯中充分混合，静置10min，排出部分气泡，然后将混合好的液体倒入大压力注射器（6）中，将注射器放在超声波清洗机中，在超声波频率下振动40min（因没有真空舱抽真空，只能用超声波清洗机代替），排出部分气泡，然后将注射器从超声波清洗机中拿出，在温度低于20°的环境下静置30min（如果温度过高，PDMS在气泡没排净完，就会出现固化现象），确保所有的气泡都排干净。最后将液体PDMS缓慢的注入加工好的模具中，避免气泡的产生。将电阻丝放在模具的加热装置（5）处，通电后对已经注入PDMS的模具进行加热5小时或在常温下静置24小时，至PDMS完全固化后，用镊子将PDMS薄膜从模具的边缘小心的揭下，即可得到曲面微透镜阵列样品（7）。
Claims (9)
1.非均一曲面微透镜阵列的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、设计出非均一曲面微透镜阵列的结构；
步骤二、按照设计好的结构，将用于加工曲面微透镜阵列模具的金属材料放在精密微小型机床上，选择不同直径的球头铣刀，确定粗加工的走刀方式；
步骤三、粗加工完成后，采用针对每个小眼单独走刀的方式进行精加工，进而得到曲面微透镜阵列模具；
步骤四、在加工好的模具四角加紧固螺栓，底部加一加热装置，顶部加工出M5的标准螺栓孔和直径为1mm的小孔；
步骤五、采用电解抛光的方法将加工好的曲面微透镜阵列模具进行抛光；
步骤六、将液体PDMS的本体和固化剂按10:1的比例充分混合，倒入大压力注射器中，静置两小时，确保里面的气泡完全排出，然后将液体PDMS缓慢的注入加工好的模具中，在常温下静置24小时，至PDMS完全固化后，用镊子将PDMS薄膜从模具的边缘小心的揭下，即可得到曲面微透镜阵列样品。
2.根据权利要求1所述的非均一曲面微透镜阵列的制作方法，其特征在于所述的非均一曲面微透镜阵列为每一组的小眼透镜的曲率、直径、冠高、焦距、间隔的角度都不相同，目的是使每一个小眼透镜都能聚焦到平面探测器上。
3.根据权利要求1所述的非均一曲面微透镜阵列的制作方法，其特征在于所述的曲面微透镜阵列模具为呈环形排布的凹透镜阵列。
4.根据权利要求1所述的非均一曲面微透镜阵列的制作方法，其特征在于所述的金属材料为45号钢。
5.根据权利要求1所述的非均一曲面微透镜阵列的制作方法，其特征在于所述的粗加工走刀方式为体积铣，即分层铣削平行走刀；精加工的走刀方式为整体环切，即对每个小眼透镜单独走刀。
6.根据权利要求1所述的非均一曲面微透镜阵列的制作方法，其特征在于所述的紧固螺栓是为了使模具更加密封；加热装置能提高PDMS的固化速度；M5的标准螺纹孔和直径为1mm小孔的两者深度为模具上型腔的厚度。
7.根据权利要求1所述的非均一曲面微透镜阵列的制作方法，其特征在于所述的液体PDMS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，薄膜厚度为1mm。
8.根据权利要求1所述的非均一曲面微透镜阵列的制作方法，其特征在于所述的将气泡完全排出，是为了防止气泡影响曲面微透镜阵列样品的成像质量。
9.根据权利要求1所述的非均一曲面微透镜阵列的制作方法，其特征在于所述的电解抛光是以被抛工件为阳极，不溶性金属为阴极，两极同时浸入到电解槽中，通一直流电而产生有选择性的阳极溶解，从而使工件表面光亮度增大，达到镜面效果。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510947673.2A CN105425324B (zh) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | 非均一曲面微透镜阵列的制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510947673.2A CN105425324B (zh) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | 非均一曲面微透镜阵列的制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105425324A CN105425324A (zh) | 2016-03-23 |
| CN105425324B true CN105425324B (zh) | 2017-07-14 |
Family
ID=55503648
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510947673.2A Expired - Fee Related CN105425324B (zh) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | 非均一曲面微透镜阵列的制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105425324B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106772715B (zh) * | 2017-02-15 | 2020-03-31 | 沈阳理工大学 | 曲面仿生复眼的制备方法 |
| CN110261940B (zh) * | 2019-07-19 | 2021-02-26 | 上海理工大学 | 一种蝇眼透镜的制备方法 |
| CN111175861B (zh) * | 2020-01-17 | 2021-06-15 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 多焦距曲面复眼透镜的设计与制备方法 |
| CN111474612A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-07-31 | 香港理工大学 | 柱状透镜、透镜的生成方法、柱状透镜阵列及显示装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104117832A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-10-29 | 厦门理工学院 | 一种半球透镜模具的制作方法 |
| CN104526929A (zh) * | 2015-01-09 | 2015-04-22 | 上海理工大学 | 带有仿蛾眼随机阵列纳米凹陷结构的晶圆透镜阵列模具及其制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130182333A1 (en) * | 2010-07-26 | 2013-07-18 | Matthew Meitl | Apparatus and process for producing plano-convex silicone-on-glass lens arrays |
| KR101433090B1 (ko) * | 2012-09-25 | 2014-08-25 | 한국과학기술원 | 식각 정지층을 이용하여 표면에 나노구조가 형성된 무반사렌즈용 금속 주형 및 그 제조방법 |
-
2015
- 2015-12-17 CN CN201510947673.2A patent/CN105425324B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104117832A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-10-29 | 厦门理工学院 | 一种半球透镜模具的制作方法 |
| CN104526929A (zh) * | 2015-01-09 | 2015-04-22 | 上海理工大学 | 带有仿蛾眼随机阵列纳米凹陷结构的晶圆透镜阵列模具及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105425324A (zh) | 2016-03-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105425324B (zh) | 非均一曲面微透镜阵列的制作方法 | |
| CN106772715B (zh) | 曲面仿生复眼的制备方法 | |
| AU2015311618B2 (en) | Microfluidic devices and fabrication | |
| CN108773009B (zh) | 具有微纳双级结构的疏水/陷光复眼透镜阵列的制造方法及其应用 | |
| CN101664579B (zh) | 环氧树脂中空微针阵列的制备方法 | |
| US20190291347A1 (en) | Rapid wash carrier platform for additive manufacturing of dental models | |
| Fu et al. | Picosecond laser interference patterning of periodical micro-architectures on metallic molds for hot embossing | |
| CN106079174B (zh) | Pdms微孔阵列模板制备方法 | |
| US11230050B2 (en) | Lattice base structures for additive manufacturing | |
| Díaz Lantada et al. | Research on the methods for the mass production of multi-scale organs-on-chips | |
| Zhang et al. | 3D printing of metallic microstructured mould using selective laser melting for injection moulding of plastic microfluidic devices | |
| CN106335184A (zh) | 一种基于3d打印个体性近视矫正树脂镜片的方法 | |
| US20180217494A1 (en) | Method for making an epoxy resin mold from a lithography patterned microstructure master | |
| CN108801509A (zh) | 一种梯度结构的离子型压力传感器及其制备工艺 | |
| KR102088197B1 (ko) | 경피 흡수 시트의 제조 방법 | |
| Wang et al. | Investigation and prediction on regulation of hydrophobicity of polymethyl methacrylate (PMMA) surface by femtosecond laser irradiation | |
| JP2017070705A5 (zh) | ||
| CN109878071A (zh) | 一种基于3d打印制备离子型压力阵列传感器的方法 | |
| Liang et al. | Phase structure development as preheating UHMWPE powder temperature changes in the micro-UPM process | |
| CN105352857B (zh) | 一种观测润湿微观行为的润湿芯片结构及其制备和观测方法 | |
| Kuo et al. | Enhancing the mechanical properties of epoxy resin mold by adding zirconia particles | |
| CN106000489A (zh) | 一种微通孔列阵生物芯片的热刺穿制作方法 | |
| US10239266B2 (en) | Method and apparatus for manufacturing contact lenses | |
| Kuo et al. | The evolution of manufacturing processes for micro‐featured epoxy resin mold: Evolution von Fertigungsprozessen für Mikro‐Epoxidharzguss | |
| JP2007118569A5 (zh) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170714 Termination date: 20181217 |