CN108710166A - 一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列，包含聚乙烯醇/甘油凝胶薄膜(1)和镀有呈周期性分布的菱形电极(2)的玻璃基底(3)；其中：在菱形电极(2)上外加电压时，聚乙烯醇/甘油凝胶朝负极方向移动，聚乙烯醇/甘油凝胶薄膜(1)的外形为具有周期性的正弦波形；改变外加电压，薄膜(1)外形轮廓呈现不同振幅的正弦波形的外形变化，形成凸透镜(4)，由这些凸透镜(4)形成可变焦的微透镜阵列；构成微透镜阵列的微透镜阵列透镜单元个数等于菱形电极(2)中负极的个数。与现有技术相比，本发明通过引起凝胶表面形貌的变化，表现出可变焦透镜阵列的性质，所形成的微透镜阵列结构简单，制作方法简单易行和节约成本。

Description

一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列及制作方法

技术领域

本发明涉及微光学器件领域，特别是涉及一种微透镜阵列及其制作方法。

背景技术

随着科学技术的发展，微透镜阵列作为一种典型的微光学器件进入人们的视野。微透镜阵列是由多个孔径小于几个毫米的微透镜在一块基片上按照一定规则排列而形成。目前微透镜阵列已经在仿生复眼、光学信息处理、三维成像、光学器件互联、光束整形、波面细分和检测等方面得到了广泛的应用。

中国发明专利CN107457984A公开了《一种高填充率PDMS微透镜阵列的制作装置及方法》，记载了“将PDMS弹性体及固化剂分别注入相应微量注射泵中，并设定微量注射泵的注射速度，设置电喷印过程中微喷射参数与打印基底之间的距离，将PDMS微液滴喷射至打印基底上，形成PDMS微液滴阵列预固化，利用加热炉对其进行固化，从而实现高填充率PDMS微透镜阵列的制作”。中国发明专利CN107009613A公开了《一种基于三维直写的微透镜制造方法》，采用“三维直写设备在垂直于透明基板表面的预设阵列位置依序直写形成微透镜前体阵列，再经热熔工艺处理微透镜前体阵列，依靠表面张力形成微透镜阵列”。中国实用新型专利CN205485087U公开了《一种液晶透镜阵列及立体显示装置》，记载了“液晶透镜阵列包括多个液晶微透镜单元，每个液晶微透镜单元包括第一玻璃基板和第二玻璃基板，第一玻璃基板上涂镀有第一电极，第二块玻璃基板上涂镀有第二电极，在第一玻璃基板与第二玻璃基板之间填充有液晶，其中第一电极包括位于中心位置的圆形电极与以圆形电极为中心的呈同心环状生物质的至少两个环电极，此实用新型的液晶透镜可实现2D/3D显示”。

发明内容

在现有技术的基础上，本发明提出一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列及制作方法，利用简单的结构即实现了包括多个微透镜阵列透镜单元构成的微透镜阵列。

本发明的一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列，包含聚乙烯醇/甘油凝胶薄膜1和镀有呈周期性分布的菱形电极2的玻璃基底3；所述聚乙烯醇/甘油凝胶薄膜1旋涂在所述玻璃基底3上镀菱形电极2的那一侧；；其中：

当在菱形电极2上外加电压时，聚乙烯醇/甘油凝胶朝着负极方向移动，聚乙烯醇/甘油凝胶薄膜(1)的外形成为具有周期性的正弦波形；当改变外加电压时，聚乙烯醇/甘油凝胶薄膜1外形轮廓呈现不同振幅的正弦波形的外形变化，所述菱形电极2的负极上方由聚乙烯醇/甘油薄膜1形成凸透镜4，由这些凸透镜4形成可变焦的微透镜阵列；构成微透镜阵列的微透镜阵列透镜单元，其个数等于菱形电极2中负极的个数。

本发明的一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列制作方法，该方法包括以下步骤：

步骤(1)、将四氢呋喃和水按照体积比3:7混合，将聚乙烯醇、四氢呋喃和水的混合液、甘油，按照质量比3:40:8混合，经多通道磁力搅拌机搅拌，形成均匀的聚乙烯醇/甘油凝胶；

步骤(2)、在玻璃基底上溅射具有菱形形状的ITO电极；并将聚乙烯醇/甘油凝胶均匀旋涂在玻璃基底上；

步骤(3)、施加电压，菱形电极的负极上方形成凸透镜；微透镜阵列透镜单元的个数等于菱形电极中负极的个数。

本发明提出了一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列及制作方法。

与现有技术相比，本发明通过引起凝胶表面形貌的变化，表现出可变焦透镜阵列的性质，所形成的微透镜阵列结构简单，制作方法简单易行和节约成本。

附图说明

图1为本发明的一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列的侧面结构示意图(无外加电压情况下)；

图2为本发明的单个周期的菱形ITO电极示意图；

图3为本发明的一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列的光路图(施加电压情况下)

图4为利用本发明的一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列测量焦距的光路图；

图5为本发明的一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列的聚焦性能示意图。

附图标记：1、聚乙烯醇/甘油凝胶薄膜，2、菱形电极，3、玻璃基底，4、凸透镜。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述。

如图1所示，为本发明的一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列结构示意图。此透镜阵列结构简单，包含聚乙烯醇/甘油凝胶薄膜1、镀有菱形图案的ITO电极2(其中的正极4和负极5)和玻璃基底3。当在菱形电极2上外加电压时，旋涂在玻璃基底上的聚乙烯醇/甘油薄膜1朝着负极方向移动，将聚乙烯醇/甘油凝胶薄膜1的外形呈现出具有周期性的正弦波形，此时薄膜表现出透镜阵列的性质；当改变外加电压时，聚乙烯醇/甘油凝胶薄膜1外形轮廓呈现不同振幅的正弦波形的外形变化，薄膜外形的变化引起透镜阵列折射率的变化，形成可变焦的透镜阵列，即形成如图3所示的外形轮廓。ITO是一种n型半导体材料，具有高的导电率、高的可见光透过率、高的机械硬度和良好的化学稳定性。

本发明的一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列的制作方法实施例描述如下：

通过磁力搅拌机使1.5g的聚乙烯醇充分溶解到30％四氢呋喃和70％水共40ml混合溶液中，在75℃的条件下搅拌5小时，使其形成均匀溶液；向溶解液中滴入8g甘油，在相同的条件继续搅拌0.5小时，形成均匀的聚乙烯醇/甘油凝胶。通过匀胶机将聚乙烯醇/甘油凝胶均匀的旋涂在镀有菱形电极2的玻璃基底上，形成凝胶薄膜；匀胶机的转速为1500r/min，凝胶薄膜的厚度为～20μm。

根据如图4所示的实验装置测量透镜阵列的焦距，物距为5mm，施加电压，通过显微物镜采集不同电压下物体所成的像，计算不同电压下透镜的焦距，得到图5所示的焦距-电压关系图。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (2)

1.一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列，其特征在于，包含聚乙烯醇/甘油凝胶薄膜(1)和镀有呈周期性分布的菱形电极(2)的玻璃基底(3)；所述聚乙烯醇/甘油凝胶薄膜(1)旋涂在所述玻璃基底(3)上镀菱形电极(2)的那一侧；其中：

当在菱形电极(2)上外加电压时，聚乙烯醇/甘油凝胶朝着负极方向移动，聚乙烯醇/甘油凝胶薄膜(1)的外形成为具有周期性的正弦波形；当改变外加电压时，聚乙烯醇/甘油凝胶薄膜(1)外形轮廓呈现不同振幅的正弦波形的外形变化，所述菱形电极(2)的负极上方由聚乙烯醇/甘油薄膜(1)形成凸透镜(4)，由这些凸透镜(4)形成可变焦的微透镜阵列；构成微透镜阵列的微透镜阵列透镜单元，其个数等于菱形电极(2)中负极的个数。

2.一种基于聚乙烯醇/甘油凝胶的微透镜阵列制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤(1)、将四氢呋喃和水按照体积比3:7混合，将聚乙烯醇、四氢呋喃和水的混合液、甘油，按照质量比3:40:8混合，经多通道磁力搅拌机搅拌，形成均匀的聚乙烯醇/甘油凝胶；

步骤(2)、在玻璃基底上溅射具有菱形形状的ITO电极；并将聚乙烯醇/甘油凝胶均匀旋涂在玻璃基底上；

步骤(3)、施加电压，菱形电极的负极上方形成凸透镜；微透镜阵列透镜单元的个数等于菱形电极中负极的个数。