CN105487146B

CN105487146B - 一种曲面多谱复眼镜头的制作方法

Info

Publication number: CN105487146B
Application number: CN201610040450.2A
Authority: CN
Inventors: 金建; 邸思; 陈贤帅; 袁海
Original assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS; Guangzhou Institute of Advanced Technology of CAS
Current assignee: Shenzhen Institute of Advanced Technology of CAS; Guangzhou Institute of Advanced Technology of CAS
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2017-12-01
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: CN105487146A

Abstract

本发明公开了一种曲面多谱复眼镜头的制作方法，该方法包括：制作PDMS复眼模具；制作带有曲面多通道滤光片的第二基底；将制作得出的PDMS复眼模具和带有曲面多通道滤光片的第二基底进行集成，从而制作出曲面多谱复眼镜头。通过使用本发明的方法来制作得出的多谱复眼镜头，其不仅集成度高、体积小，而且相较于传统的多谱复眼镜头，其为曲面结构，因此，其还具有曲面大视角的优点。本发明作为一种曲面多谱复眼镜头的制作方法可广泛应用于多谱复眼镜头机械加工领域中。

Description

一种曲面多谱复眼镜头的制作方法

技术领域

本发明涉及镜头制作技术，尤其涉及一种曲面多谱复眼镜头的制作方法。

背景技术

技术词解释：

PDMS：聚二甲基硅氧烷

对于多谱成像系统，其能够实现准确的谱分离并获得多个单一波段图像信息，并且结合数字图像处理技术，便能够获得普通相机无法察觉的隐藏信息，因此，多谱成像系统在很多方面具有重要的应用。

目前，常用的多谱成像系统通常是通过将一个旋转滤光轮置于普通相机的镜头前来实现工作波段选择的，但是，这样的设置不可避免地增大了系统的复杂性和设备的体积，而且其每次仅能获得一个波段的图像信息，操作繁琐耗时。为了解决这些问题，专家们提出了一种基于人造复眼的多谱成像系统，其所包括的多谱复眼镜头是通过将多通道滤光片置于微透镜阵列之前来实现光谱分离的。但是目前，对于所述的多谱复眼镜头，其受到现有制作工艺的限制，因此，其集成度低，而且其通常仅能为平面结构，从而导致其存有视场角小的缺点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能提高多谱复眼镜头的集成度，以及扩大其视场角的制作方法。

本发明所采用的技术方案是：一种曲面多谱复眼镜头的制作方法，该方法包括：

A、制作PDMS复眼模具；

B、制作带有曲面多通道滤光片的第二基底；

C、将制作得出的PDMS复眼模具和带有曲面多通道滤光片的第二基底进行集成，从而制作出曲面多谱复眼镜头。

进一步，所述步骤A包括：

A1、制作复眼结构；

A2、利用制作得出的复眼结构，从而制作PDMS复眼模具。

进一步，所述步骤A1包括：

A101、在第一基底的上表面设置第一光刻胶层；

A102、将以圆形阵列作为掩膜图案的第一掩膜板置于第一光刻胶层的上方，然后对第一光刻胶层进行曝光，从而使第一光刻胶层记录圆形阵列图案；

A103、对曝光后的第一光刻胶层进行显影，从而使在第一基底上形成得到光刻胶圆柱阵列；

A104、对光刻胶圆柱阵列进行加热，并使其达到熔融状态，从而使在第一基底上形成得到复眼结构。

进一步，所述步骤A2具体为：将PDMS预聚体均匀倾倒在带有复眼结构的第一基底上后对PDMS预聚体进行固化，从而制作得出PDMS复眼模具。

进一步，所述步骤B包括：

B1、采用光刻剥离微加工技术在第二基底的相应位置上镀上铬膜，从而使在第二基底上形成得到一带圆形透光孔阵列的光阻挡层；

所述第二基底为一上表面为圆弧形的基底；

B2、在第二基底的上表面设置第一颜色光阻剂层；

B3、将带有圆形掩膜图案的第三掩膜板置于第一颜色光阻剂层上，所述圆形掩膜图案与相对应的圆形透光孔对准，然后对第一颜色光阻剂层进行曝光，从而使第一颜色光阻剂层记录圆形图案；

B4、对曝光后的第一颜色光阻剂层进行显影，从而使相对应的圆形透光孔中形成得到作为滤光片的颜色光阻剂圆柱。

进一步，所述步骤B1包括：

B101、在第二基底的上表面设置第二光刻胶层；

B102、将以圆形阵列作为掩膜图案的第二掩膜板置于第二光刻胶层的上方，然后对第二光刻胶层进行曝光，从而使第二光刻胶层记录圆形阵列图案，其中，所述第二掩膜板为曲面掩膜板；

B103、对曝光后的第二光刻胶层进行显影，从而使在第二基底上得到光刻胶圆柱阵列；

B104、在第二基底的上表面设置一层铬膜后进行去除光刻胶的处理，从而使在第二基底上形成得到一带圆形透光孔阵列的光阻挡层。

进一步，所述步骤B3之前还设有在带有圆形掩膜图案的第三掩膜板上设置对准标记这一步骤。

进一步，所述第二基底为半圆柱形状的基底。

进一步，所述步骤C包括：

C1、在带有曲面多通道滤光片的第二基底的上表面设置一压印材料层并将所述的第二基底置于真空室内固定；

C2、将PDMS复眼模具置于真空室的悬臂架上后，所述真空室的内腔被分为上腔室和下腔室；

C3、通过控制上腔室和下腔室的真空度从而产生压力，该压力推动PDMS复眼模具向下移并使PDMS复眼模具挤压压印材料层，从而使压印材料层产生相应的形变；

C4、对变形后的压印材料层进行固化，然后通过调整上腔室和下腔室的真空度使PDMS复眼模具脱离压印材料层的表面，从而制作得出曲面多谱复眼镜头。

本发明的有益效果是：通过使用本发明的方法来制作得出的多谱复眼镜头，其不仅集成度高、体积小，而且相较于传统的多谱复眼镜头，其为曲面结构，因此，其还具有曲面大视角的优点。另外，本发明的方法还具有步骤简单、易于实现以及能实现多谱同时成像等优点。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种曲面多谱复眼镜头的制作方法的步骤流程图；

图2是本发明一种曲面多谱复眼镜头的制作方法中制作PDMS复眼模具的一具体实施例步骤流程示意图；

图3是本发明一种曲面多谱复眼镜头的制作方法中制作带有曲面多通道滤光片的第二基底的一具体实施例步骤流程示意图；

图4是本发明一种曲面多谱复眼镜头的制作方法中将制作得出的PDMS复眼模具和带有曲面多通道滤光片的第二基底进行集成从而制作出曲面多谱复眼镜头的一具体实施例步骤流程示意图；

图5是曲面复眼成像系统实现成像的原理示意图。

1、第一基底；2、第一光刻胶层；3、第一掩膜板；4、光刻胶圆柱阵列；5、复眼结构；6、PDMS预聚体；7、PDMS复眼模具；

8、第二基底；9、第二光刻胶层；10、第二掩膜板；11铬膜；12、光阻挡层；13、第一颜色光阻剂层；14、第三掩膜板；15、滤光片；16、曲面多通道滤光片；24、透光孔；26、圆形掩膜图案；

17、上壳体；18、密封圈；19、下壳体；20、压印材料层；21、上腔室；22、下腔室；23、曲面多谱复眼镜头；

25、感光芯片。

具体实施方式

如图1所示，一种曲面多谱复眼镜头的制作方法，该方法包括：

A、制作PDMS复眼模具；

B、制作带有曲面多通道滤光片的第二基底；

C、将制作得出的PDMS复眼模具和带有曲面多通道滤光片的第二基底进行集成，从而制作出曲面多谱复眼镜头。从结构上来讲，对于人造复眼，其即为一组微透镜阵列。

对于上述的步骤A，优选地，其主要采用光刻胶热熔结合热压印法来实现的。而对于上述的步骤C，优选地，其主要是采用热压印法来实现的。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤A包括：

A1、制作复眼结构；

A2、利用制作得出的复眼结构，从而制作PDMS复眼模具。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤A1包括：

A101、在第一基底的上表面设置第一光刻胶层；

进一步作为优选的实施方式，所述步骤A2具体为：将PDMS预聚体均匀倾倒在带有复眼结构的第一基底上后对PDMS预聚体进行固化，从而制作得出PDMS复眼模具。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤B包括：

所述第二基底为一上表面为圆弧形的基底；

B2、在第二基底的上表面设置第一颜色光阻剂层；

B4、对曝光后的第一颜色光阻剂层进行显影，从而使相对应的圆形透光孔中形成得到作为滤光片的颜色光阻剂圆柱。这样，只需要采用其它颜色的光阻剂层重复上述步骤B2至B4，便能在第二基底上实现图案化，即在第二基底上有不同颜色的作为滤光片的颜色光阻剂圆柱。另外，对于所述的第一颜色光阻剂层，其为负性带颜色的光刻胶。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤B1包括：

B101、在第二基底的上表面设置第二光刻胶层；

B104、在第二基底的上表面设置一层铬膜后进行去除光刻胶的处理，从而使在第二基底上形成得到一带圆形透光孔阵列的光阻挡层。对于制作得出的带圆形透光孔阵列的光阻挡层，仅光阻挡层中的圆形透光孔能透光，而其它铬膜的部分则用于阻挡杂散光的进入。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤B3之前还设有在带有圆形掩膜图案的第三掩膜板上设置对准标记这一步骤。

进一步作为优选的实施方式，所述第二基底为半圆柱形状的基底。

进一步作为优选的实施方式，所述步骤C包括：

C4、对变形后的压印材料层进行固化，然后通过调整上腔室和下腔室的真空度使PDMS复眼模具脱离压印材料层的表面，这样便能在曲面多通道滤光片中的每一个滤光片上形成得到一个微透镜，从而制作得出曲面多谱复眼镜头。

本发明方法一具体实施例

如图2至图4所示，一种曲面多谱复眼镜头的制作方法具体包括：

步骤（1）、制作PDMS复眼模具7；

步骤（2）、制作带有曲面多通道滤光片16的第二基底8；

步骤（3）、将制作得出的PDMS复眼模具7和带有曲面多通道滤光片16的第二基底8进行集成，从而制作出曲面多谱复眼镜头23。

对于上述的三个步骤，它们的进一步详细描述如下所示。

对于所述步骤（1），其主要采用光刻胶热熔结合热压印法来实现的，如图2所示，其具体包括：

S101、在第一基底1的上表面设置第一光刻胶层2；

对于S101，其具体为，在第一基底1上涂覆一层光刻胶，并通过烘烤将胶体固化；

S102、将以圆形阵列作为掩膜图案的第一掩膜板3置于第一光刻胶层2的上方，然后对第一光刻胶层2进行紫外曝光，从而使第一光刻胶层2记录圆形阵列图案；

S103、对紫外曝光后的第一光刻胶层2进行显影，从而使在第一基底1上形成得到光刻胶圆柱阵列4；

S104、对光刻胶圆柱阵列4进行加热，并使光刻胶圆柱阵列4达到熔融状态，依靠此时表面张力的作用即可将胶体自动转化为折射型微透镜所需的球面形状，这样便能使在第一基底1上形成得到复眼结构5；

S105、将PDMS预聚体6均匀倾倒在带有复眼结构5的第一基底1上后对PDMS预聚体6进行紫外固化，经紫外固化后，由于PDMS预聚体6的表面能会较低，因此很容易地将固化后的PDMS预聚体6与第一基底1分离，这样便能制作得出PDMS复眼模具7。

对于上述步骤（2），如图3所示，其具体包括：

S201、采用光刻剥离微加工技术在第二基底8的相应位置上镀上铬膜，即Cr膜，从而使在第二基底8上形成得到一带圆形透光孔24阵列的光阻挡层12；

所述第二基底8为半圆柱形状的基底，即所述第二基底8的纵截面形状为半圆形；

对于步骤S201，其具体包括：

S2011、在第二基底8的上表面设置第二光刻胶层9；

S2012、将以圆形阵列作为掩膜图案的第二掩膜板10置于第二光刻胶层9的上方，然后对第二光刻胶层9进行紫外曝光，从而使第二光刻胶层9记录圆形阵列图案；

所述第二掩膜板10为曲面掩膜板，所述曲面掩膜板的弧度与第二基底8上表面的弧度相对应，两者最好为相同；

S2013、对紫外曝光后的第二光刻胶层9进行显影，从而使在第二基底8上得到光刻胶圆柱阵列；

S2014、在第二基底8的上表面设置一层铬膜11后进行去除光刻胶的处理，从而便能使在第二基底8上形成得到一带圆形透光孔24阵列的光阻挡层12；

对于上述的光阻挡层12，其Cr膜部分是用于阻挡杂散光的进入的，而圆形透光孔部分则用于透光的，由此可得，通过设置所述的光阻挡层12能利于成像效果的提高；

S202、在第二基底8的上表面设置第一颜色光阻剂层13，所述的第一颜色光阻剂层13为红色光阻剂层；

对于所述的步骤S202，其具体为，在第二基底8的上表面涂覆一层红色光阻剂，并通过烘烤使其固化；

S203、将带有圆形掩膜图案26的第三掩膜板14置于红色光阻剂层上，所述圆形掩膜图案26与相对应的圆形透光孔24对准，然后对红色光阻剂层进行紫外曝光，从而使红色光阻剂层记录圆形图案；

S204、对紫外曝光后的红色光阻剂层进行显影，从而使相对应的圆形透光孔24中形成得到作为滤光片15的红色光阻剂圆柱。这样，对于其余颜色的光阻剂层，如橙、黄、绿，青、蓝、紫、近红外等颜色的光阻剂层，通过重复上述步骤S202至S204，便能在其余不同的圆形透光孔24中相对应地形成得到不同颜色的光阻剂圆柱，即在同一基底上实现图案化，这样最终便能在第二基底8上制作出曲面多通道滤光片16，如图3中最后的一个图所示。在本实施例中，所述的曲面多通道滤光片16中包括有红色光阻剂圆柱、绿色光阻剂圆柱以及蓝色光阻剂圆柱，即红色滤光片、绿色滤光片以及蓝色滤光片，如图3中最后的一个图所示。

另外，对于上述的步骤（2），其工艺的关键在于，滤光片是否能准确地制作在透光孔24中，而为了解决这一问题，优选地，本实施例在步骤S203之前还设有在带有圆形掩膜图案26的第三掩膜板14上设置对准标记这一步骤，这样便能使圆形掩膜图案26所处的位置与透光孔24进行匹配对准。

对于所述步骤（3），主要采用热压印法来实现，如图4所示，其具体包括：

S301、将所述的第二基底8置于真空室内固定，并在带有曲面多通道滤光片16的第二基底8的上表面设置一压印材料层20；

所述的真空室包括上壳体17和下壳体19，而上壳体17和下壳体19之间的衔接处设有密封圈18，避免漏气；

S302、将PDMS复眼模具7置于真空室的悬臂架（图中并无示出）上后，所述真空室的内腔被分为上腔室21和下腔室22；

具体地，由PDMS复眼模具7与上壳体17所形成的腔室为上腔室21，由PDMS复眼模具7与下壳体19所形成的腔室为下腔室22；

S303、待真空室安装完毕后，上下腔室密封合紧，并对上下腔室进行抽真空，通过控制上腔室21和下腔室22的真空度从而产生压力，该压力推动PDMS复眼模具7向下移并使PDMS复眼模具7挤压压印材料层20，从而使压印材料层20产生相应的形变；

S304、对变形后的压印材料层20进行紫外固化，然后通过调整上腔室21和下腔室22的真空度，使真空室内回复原始气压，由于PDMS复眼模具7低表面能，因此此时，PDMS复眼模具7便会自动脱离压印材料层20的表面，这样在每一个滤光片15上均形成得到一个微透镜，进而制作得出曲面多谱复眼镜头23。

对于上述的步骤（3），其制作曲面多谱复眼镜头23的关键点在于PDMS复眼模具7中与复眼结构5匹配对应的凹位与滤光片15的位置匹配对准，这样才能使每一个微透镜恰好落在一个滤光片中。而为了实现这一关键点，PDMS复眼模具7与第二基底8均需要精准的安装。另外，对于最终制作得出的曲面多谱复眼镜头23，其与感光芯片25组成曲面复眼成像系统，在这一系统中，每组微透镜，其后的滤光片、感光芯片部分区域均构成一个成像单元，每一个成像单元都能独立完成成像。如图5所示，目标物射来的光线，经微透镜的聚光和滤光片的光谱分离，最后被感光芯片接收，然后经过图像处理后便能在电脑上显示出经过不同通道得到的多谱成像结果。

优选地，上述第一基底1和曲面的第二基底8均为玻璃基底。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims

1.一种曲面多谱复眼镜头的制作方法，其特征在于：该方法包括：

A、制作PDMS复眼模具；

B、首先，在第二基底的相应位置上镀上铬膜，从而使在第二基底上形成得到一带圆形透光孔阵列的光阻挡层；所述第二基底为一上表面为圆弧形的基底；然后，在第二基底的上表面设置第一颜色光阻剂层；接着，将带有圆形掩膜图案的第三掩膜板置于第一颜色光阻剂层上，所述圆形掩膜图案与相对应的圆形透光孔对准，然后对第一颜色光阻剂层进行曝光，从而使第一颜色光阻剂层记录圆形图案；跟着，对曝光后的第一颜色光阻剂层进行显影，从而使相对应的圆形透光孔中形成得到作为滤光片的颜色光阻剂圆柱；

C、首先，在带有曲面多通道滤光片的第二基底的上表面设置一压印材料层并将所述的第二基底置于真空室内固定；然后，将PDMS复眼模具置于真空室的悬臂架上后，所述真空室的内腔被分为上腔室和下腔室；接着，通过控制上腔室和下腔室的真空度从而产生压力，该压力推动PDMS复眼模具向下移并使PDMS复眼模具挤压压印材料层，从而使压印材料层产生相应的形变；跟着，对变形后的压印材料层进行固化，然后通过调整上腔室和下腔室的真空度使PDMS复眼模具脱离压印材料层的表面，从而制作得出曲面多谱复眼镜头。

2.根据权利要求1所述一种曲面多谱复眼镜头的制作方法，其特征在于：所述步骤A包括：

A1、制作复眼结构；

A2、利用制作得出的复眼结构，从而制作PDMS复眼模具。

3.根据权利要求2所述一种曲面多谱复眼镜头的制作方法，其特征在于：所述步骤A1包括：

A101、在第一基底的上表面设置第一光刻胶层；

4.根据权利要求3所述一种曲面多谱复眼镜头的制作方法，其特征在于：所述步骤A2具体为：将PDMS预聚体均匀倾倒在带有复眼结构的第一基底上后对PDMS预聚体进行固化，从而制作得出PDMS复眼模具。

5.根据权利要求1所述一种曲面多谱复眼镜头的制作方法，其特征在于：所述步骤B中所述在第二基底的相应位置上镀上铬膜，从而使在第二基底上形成得到一带圆形透光孔阵列的光阻挡层这一步骤，其具体为：采用光刻剥离微加工技术在第二基底的相应位置上镀上铬膜，从而使在第二基底上形成得到一带圆形透光孔阵列的光阻挡层。

6.根据权利要求5所述一种曲面多谱复眼镜头的制作方法，其特征在于：所述采用光刻剥离微加工技术在第二基底的相应位置上镀上铬膜，从而使在第二基底上形成得到一带圆形透光孔阵列的光阻挡层这一步骤包括：

B101、在第二基底的上表面设置第二光刻胶层；

7.根据权利要求5或6所述一种曲面多谱复眼镜头的制作方法，其特征在于：所述将带有圆形掩膜图案的第三掩膜板置于第一颜色光阻剂层上，所述圆形掩膜图案与相对应的圆形透光孔对准，然后对第一颜色光阻剂层进行曝光，从而使第一颜色光阻剂层记录圆形图案这一步骤之前还设有在带有圆形掩膜图案的第三掩膜板上设置对准标记这一步骤。

8.根据权利要求5或6所述一种曲面多谱复眼镜头的制作方法，其特征在于：所述第二基底为半圆柱形状的基底。