CN115542435A - 一种带背面光阑的微透镜列阵及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带背面光阑的微透镜列阵及其制备方法，沿光线传输方向依次包括：微透镜整列、透明基片以及光阑整列，所述微透镜整列由若干个预设形状的微透镜按预设周期排布形成，所述光阑整列包括若干个光阑，所述光阑与所述微透镜的位置一一对应，所述光阑设置在所述微透镜的焦点与中心点的连接线上，所述微透镜远离所述透明基片的面为凸面，所述微透镜靠近所述透明基片的面为平面。本发明实施中光阑与微透镜的同轴性更好，降低了制作成本、提高了生成效率和良品率，可广泛应用于光学元器件技术领域。

Description

一种带背面光阑的微透镜列阵及其制备方法

技术领域

本发明涉及光学元器件技术领域，尤其涉及一种带背面光阑的微透镜列阵及其制备方法。

背景技术

带背面光阑的微透镜列阵具有非常好的消杂光功能，使得阵列分区域成像具有很好的一致鬼影和提供图形对比度功能，在集成化、小体积的光电成像系统中具有广阔的应用前景，有望在光场相机、集成成像、屏下指纹等领域实现规模化应用。

现有无论是正面带光阑还是背面带光阑的微透镜均采用对准光刻的工艺，即需要进行对准套刻，为了获得较高对准精度，通常需要非常昂光的光刻设备；另外，套刻的工艺周期较长，制作效率较低，而且制作产品良率有较大影响。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种带背面光阑的微透镜列阵及其制备方法，光阑与微透镜的同轴性更好，降低了制作成本、提高了生成效率和良品率。

第一方面，本发明实施例提供了一种带背面光阑的微透镜列阵，沿光线传输方向依次包括：微透镜整列、透明基片以及光阑整列，所述微透镜整列由若干个预设形状的微透镜按预设周期排布形成，所述光阑整列包括若干个光阑，所述光阑与所述微透镜的位置一一对应，所述光阑设置在所述微透镜的焦点与中心点的连接线上，所述微透镜远离所述透明基片的面为凸面，所述微透镜靠近所述透明基片的面为平面。

可选地，所述微透镜的焦距大于或等于所述透明基片的厚度。

可选地，所述光阑的厚度小于或等于所述微透镜的焦深。

可选地，所述微透镜的口径范围为3um-1mm，所述微透镜的矢高范围为0.5um-100um，所述微透镜的占空比大于60％。

可选地，所述微透镜的材料包括热固化或紫外光固化树脂。

可选地，所述透明基片的材料包括光学玻璃或光学级塑料，所述透明基片的厚度范围为5um-5mm。

可选地，所述光阑的材料包括金属、金属氧化物或不透明的高分子消光材料。

第二方面，本发明实施例提供了一种带背面光阑的微透镜列阵的制备方法，包括：

提供透明基片，并在所述透明基片的一侧表面涂覆预设的第一材料；所述第一材料包括热固化或紫外光固化树脂；

提供模具，并通过所述模具及压印方法，将所述模具的形状转印到所述第一材料上得到微透镜整列；

分离模具及微透镜整列，在所述透明基片的另一侧表面涂覆光刻胶，对所述光刻胶进行曝光得到带背面光阑的微透镜列阵。

可选地，当所述光刻胶为正性光刻胶，对所述光刻胶进行曝光得到带背面光阑的微透镜列阵，具体包括：

对所述光刻胶进行曝光得到锥形通光孔；

对形成锥形通光孔的光刻胶进行染色得到带背面光阑的微透镜列阵。

可选地，当所述光刻胶为负性光刻胶，对所述光刻胶进行曝光得到带背面光阑的微透镜列阵，具体包括：

对所述光刻胶进行曝光得到掩蔽层图案；

在所述掩蔽层图案上制备第二材料；所述第二材料包括金属、金属氧化物或不透明的高分子消光材料中的任一种；

去除所述掩蔽层图案得到带背面光阑的微透镜列阵。

实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例中的带背面光阑的微透镜列阵，沿光线传输方向依次包括微透镜整列、透明基片以及光阑整列，光阑与微透镜的位置一一对应，光阑设置在微透镜的焦点与中心点的连接线上，光阑与微透镜的同轴性更好，减少了光阑与微透镜的偏心误差，抑制杂散光的同时提高总透光率；在透明基片的一侧通过模具及压印制备微透镜，在透明基片的另一侧通过涂覆光刻胶和曝光形成到带背面光阑的微透镜列阵，制备方法简单、成本低、生成效率高且良品率高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种带背面光阑的微透镜列阵的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种带背面光阑的微透镜列阵的制备方法的步骤流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种带背面光阑的微透镜列阵的工艺流程图；

图4是本发明实施例提供的另一种带背面光阑的微透镜列阵的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

本实施例提供的带背面光阑的微透镜列阵可应用于集成成像、光场成像、屏下指纹、大视场拼接成像等各种领域。

如图1所示，本发明实施例提供了一种带背面光阑的微透镜列阵，沿光线传输方向依次包括：微透镜整列1-1、透明基片1-2以及光阑整列1-3，所述微透镜整列1-1由若干个预设形状的微透镜按预设周期排布形成，所述光阑整列1-3包括若干个光阑，所述光阑与所述微透镜的位置一一对应，所述光阑设置在所述微透镜的焦点与中心点的连接线上，所述微透镜远离所述透明基片的面为凸面，所述微透镜靠近所述透明基片的面为平面。

需要说明的是，微透镜列阵远离透明基片的表面形貌为球面或非球面，微透镜列阵的排列方式为四边形、六边形或其他多边形排列方式。

目标光线垂直照射到微透镜整列的表面，经过微透镜后聚焦，焦点在光阑处，在一定角度范围内的目标入射光经过光阑透射并在探测器成像，角度范围以外的光线被光阑遮挡而无法在探测器成像，从而通过带背面光阑的微透镜列阵实现杂散光屏蔽和消除鬼影作用。

可选地，所述微透镜的焦距大于或等于所述透明基片的厚度。

当微透镜的焦距等于透明基片的厚度时，微透镜的焦点刚好在光阑与透明基片的接触面；当微透镜的焦距大于透明基片的厚度时，微透镜的焦点在光阑的孔内。微透镜的焦点的位置不同，对目标光线的入射角度的限定作用不同。

可选地，所述光阑的厚度小于或等于所述微透镜的焦深。

焦深，是焦点深度的简称。光学成像系统的焦深指的是，实际光学系统成像时，都是三维物空间向二维的像平面的映射，这样就存在一个最佳的物平面和映射的像平面的对应关系。如果将像面沿光轴移动一段距离，在像平面上所成的像为一弥散斑。如果弥散斑足够小，并在系统可分辨本领范围内，那么由这些弥散斑所构成的像仍然可以视为清晰的像，根据瑞利的研究结果，如果系统像面移动造成的系统波像差变化不超过四分之一波长，则认为系统成像仍然是完善的，这个像面可以移动的范围便是光学系统的焦深。

可选地，所述微透镜的口径范围为3um-1mm，所述微透镜的矢高范围为0.5um-100um，所述微透镜的占空比大于60％。

具体地，光学口径，亦称孔径，在光学系统指主镜或透镜的有效直径。需要说明的是，微透镜的口径、矢高及占空比根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。微透镜的占空比大于95％，效果更优。

可选地，所述微透镜的材料包括热固化或紫外光固化树脂。

热固化固化树脂可以通过加热进行固化，紫外光固化树脂可以通过紫外光照射进行固化。热固化或紫外光固化树脂的固化方式简单且实用。

可选地，所述透明基片的材料包括光学玻璃或光学级塑料，所述透明基片的厚度范围为5um-5mm。

需要说明的是，透明基片的材料及厚度根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。透明基片可以是直接流延成型的片材，也可是用胶体均匀涂覆然后固化成型。

可选地，所述光阑的材料包括金属、金属氧化物或不透明的高分子消光材料。

需要说明的是，光阑的材料根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。

实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例中的带背面光阑的微透镜列阵，沿光线传输方向依次包括微透镜整列、透明基片以及光阑整列，光阑与微透镜的位置一一对应，光阑设置在微透镜的焦点与中心点的连接线上，光阑与微透镜的同轴性更好，减少了光阑与微透镜的偏心误差，抑制杂散光的同时提高总透光率。

如图2所示，本发明实施例提供了一种带背面光阑的微透镜列阵的制备方法，包括：

S100、提供透明基片，并在所述透明基片的一侧表面涂覆预设的第一材料；所述第一材料包括热固化或紫外光固化树脂。

需要说明的是，透明基片的材料包括光学玻璃或光学级塑料，第一材料是制备微透镜整列的原材料。在一个具体的实施例中，参阅图3，选择0.16mm厚的石英材料为透明基片1-2，在一侧表面涂覆紫外固化胶1-5，紫外固化胶折射率1.5。

S200、提供模具，并通过所述模具及压印方法，将所述模具的形状转印到所述第一材料上得到微透镜整列。

需要说明的是，参阅图3，模具1-4的形状根据微透镜整列的形状确定，模具1-4的制备方法根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。在一个具体的实施例中，利用激光直写或金刚石车削等方法制作出微透镜列阵模具，微透镜列阵模具中子透镜为凹面镜，微透镜周期为及直径为30um，曲率半径为50um；然后，利用紫外纳米压印方法，将微透镜模具图案转印至石英基底的紫外固化胶上。

S300、分离模具及微透镜整列，在所述透明基片的另一侧表面涂覆光刻胶，对所述光刻胶进行曝光得到带背面光阑的微透镜列阵。

在一个具体的实施例中，参阅图3，分离模具及微透镜整列，在透明基片的另一侧表面涂覆光刻胶，对光刻胶进行曝光得到带背面光阑1-3的微透镜列阵；光刻胶的厚度为1um。

具体地，光刻胶包括正性光刻胶和负性光刻胶。带背面光阑的微透镜列阵的制备方法通过微透镜列阵聚焦曝光正性光刻胶并显影获得；也可以通过聚焦曝光负性光刻胶并显影，然后将残留的光刻胶做掩蔽层，在背面统一涂覆消光高分子材料，然后在溶剂中溶胀光刻胶材料，基于光刻胶溶胀从基底脱落，而消光材料不溶胀，仍与基底结合牢固，实现光阑开孔；还可以利用负性光刻胶曝光制作掩蔽材料，然后进行镀金属膜，除去胶掩蔽层，形成背面光阑。

可选地，当所述光刻胶为正性光刻胶，对所述光刻胶进行曝光得到带背面光阑的微透镜列阵，具体包括：

S311、对所述光刻胶进行曝光得到锥形通光孔；

S312、对形成锥形通光孔的光刻胶进行染色得到带背面光阑的微透镜列阵。

参阅图3，在透明基片的另一侧表面涂覆正性光刻胶1-6，通过在微透镜正面用平行光曝光机进行曝光处理，光线聚焦在光刻胶上，对正性光刻胶1-6进行曝光，获得锥形通光孔，考虑正性光刻胶1-6的颜色较浅，无法实现较好的消光效果，然后将正性光刻胶1-6进行染色得到染色后的光刻胶1-7，增强光线遮挡效果。染色后的光刻胶1-7及锥形通光孔形成光阑1-3。

可选地，当所述光刻胶为负性光刻胶，对所述光刻胶进行曝光得到带背面光阑的微透镜列阵，具体包括：

S321、对所述光刻胶进行曝光得到掩蔽层图案；

S322、在所述掩蔽层图案上制备第二材料；所述第二材料包括金属、金属氧化物或不透明的高分子消光材料中的任一种；

S323、去除所述掩蔽层图案得到带背面光阑的微透镜列阵。

参阅图4，在透明基片的另一侧表面涂覆正性光刻胶1-8，通过在微透镜正面用平行光曝光机进行曝光处理，光线聚焦在光刻胶上，对负性光刻1-8胶进行曝光，显影后获得光刻胶掩蔽层图案1-9，在掩蔽层图案1-9上制备第二材料1-10，利用lift-off工艺去除光刻胶掩蔽层，制作出所需的光阑图案。

需要说明的是，在掩蔽层图案上制备第二材料的方法具体根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。如，当第二材料为不透明的高分子消光材料，采用涂覆的方法；当第二材料为金属或金属氧化物，采用电子束蒸发方式或化学气相沉积方式等。

实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例中的带背面光阑的微透镜列阵，在透明基片的一侧通过模具及压印制备微透镜，在透明基片的另一侧通过涂覆光刻胶和曝光形成到带背面光阑的微透镜列阵，制备方法简单、成本低、生成效率高且良品率高。

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 (10)

1.一种带背面光阑的微透镜列阵，其特征在于，沿光线传输方向依次包括：微透镜整列、透明基片以及光阑整列，所述微透镜整列由若干个预设形状的微透镜按预设周期排布形成，所述光阑整列包括若干个光阑，所述光阑与所述微透镜的位置一一对应，所述光阑设置在所述微透镜的焦点与中心点的连接线上，所述微透镜远离所述透明基片的面为凸面，所述微透镜靠近所述透明基片的面为平面。

2.根据权利要求1所述的微透镜列阵，其特征在于，所述微透镜的焦距大于或等于所述透明基片的厚度。

3.根据权利要求1所述的微透镜列阵，其特征在于，所述光阑的厚度小于或等于所述微透镜的焦深。

4.根据权利要求1所述的微透镜列阵，其特征在于，所述微透镜的口径范围为3um-1mm，所述微透镜的矢高范围为0.5um-100um，所述微透镜的占空比大于60％。

5.根据权利要求1所述的微透镜列阵，其特征在于，所述微透镜的材料包括热固化或紫外光固化树脂。

6.根据权利要求1所述的微透镜列阵，其特征在于，所述透明基片的材料包括光学玻璃或光学级塑料，所述透明基片的厚度范围为5um-5mm。

7.根据权利要求1所述的微透镜列阵，其特征在于，所述光阑的材料包括金属、金属氧化物或不透明的高分子消光材料。

8.一种带背面光阑的微透镜列阵的制备方法，其特征在于，包括：

提供透明基片，并在所述透明基片的一侧表面涂覆预设的第一材料；所述第一材料包括热固化或紫外光固化树脂；

提供模具，并通过所述模具及压印方法，将所述模具的形状转印到所述第一材料上得到微透镜整列；

分离模具及微透镜整列，在所述透明基片的另一侧表面涂覆光刻胶，对所述光刻胶进行曝光得到带背面光阑的微透镜列阵。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，当所述光刻胶为正性光刻胶，对所述光刻胶进行曝光得到带背面光阑的微透镜列阵，具体包括：

对所述光刻胶进行曝光得到锥形通光孔；

对形成锥形通光孔的光刻胶进行染色得到带背面光阑的微透镜列阵。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，当所述光刻胶为负性光刻胶，对所述光刻胶进行曝光得到带背面光阑的微透镜列阵，具体包括：

对所述光刻胶进行曝光得到掩蔽层图案；

在所述掩蔽层图案上制备第二材料；所述第二材料包括金属、金属氧化物或不透明的高分子消光材料中的任一种；

去除所述掩蔽层图案得到带背面光阑的微透镜列阵。

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