CN116577855A - 一种带光阑的双胶合复眼透镜及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学加工技术领域，本发明提供的带光阑的双胶合复眼透镜及制备方法，加工精度高，采用光刻与ICP离子刻蚀在基底上加工平面微透镜阵列，采用热压工艺将基底上微透镜图形转移到聚合物层5的过程中，压力均匀施加于共聚层表面，子眼矢高均匀，与此同时通过控制预设的热压厚度就能控制子眼矢高的大小，根据PDMS薄膜形变与大气压的线性关系，利用差压计测量模具内部负压，可精确控制薄膜形变的曲率半径；采用紫外固化工艺制备透镜，时间短效率高，可重复性好，表面形貌均一，采用双胶合玻璃透镜，紫外固化时制成双胶合复眼透镜，降低了像差与色差的影响，使分辨率得到提高。
Description
技术领域
本发明涉及光学加工领域，特别涉及一种带光阑的双胶合复眼透镜及制备方法。
背景技术
近年来,人工仿生复眼以其可以大视场角成像、对运动物体高度敏感、结构紧凑而获得越来越多的研究学者的关注。人工仿生复眼已经成为了高新科技领域的一门崭新的学科，在军事、通信、工业、信息产业、医学、建筑业和科学研究等众多领域得到了广泛的应用。传统的光学成像系统通常采用透镜组成像，镜片数多，体积大，结构复杂，难以实现与各种小型化系统的集成和融合。因此人工复眼在军事、航空等领域具有巨大的潜在应用价值。
在21世纪初，日本大阪大学Tanida及其团队受蜻蜓并列型复眼启发，提出紧凑型人工复眼成像系统TOMBO由微透镜阵列层、光隔离层和光探测器阵列层组成。每个微透镜与对应光探测器形成一个小的成像系统单元，光隔离层则对相邻成像系统单元进行光隔离，防止光线串扰。由于TOMBO采用的微透镜阵列是相互独立的，而且每个成像系统单元的结构是可分离的，导致TOMBO在集成安装时容易存在偏差，使成像效果恶化。此后，国内外研究人员又提出了曲面复眼透镜与平面感光传感器的组合应用方式。但是由于场曲的存在，物体经过一个曲面复眼透镜成像时不是我们视觉所习惯的平面，而是一个与之对应的曲面焦平面。曲面焦平面与感光传感器的平面像元面之间会出现离焦现象，在越是远离中心区域的部分，这种离焦现象越显著，并很大程度上影响了曲面复眼透镜成像质量。传统光学系统中，一般采用透镜组矫正像差，但是正如上文所述，存在着体积大，结构复杂，加工及装配困难，成本高，公差积累等问题。
随着微纳加工工艺的发展，国内外研究人员提出了各种实验方案来制备曲面复眼透镜。主流的方法有下面几种：1.飞秒激光热压，在硅片上利用飞秒激光加工出微透镜阵列，利用PMMA脱模后将其热压到一个球体上；2.激光直写，在曲面上直接加工出微透镜阵列；3飞秒激光化学腐蚀，使飞秒激光在曲面停留0.5s行成一个小凹坑，再使用10%浓度的HF酸进行各向同性化学腐蚀，即可得到曲面微透镜阵列；4。PDMS制模，在平面PDMS薄膜上刻蚀出所需的平面微透镜阵列，并将其覆盖于一个盛满PDMS预聚液的容器上，在PDMS薄膜上放置一个小球，利用小球的重力使薄膜发生球面形变，待PDMS预聚液固化后，即制备出曲面微透镜阵列。但是上述的主流工艺方法存在着以下的问题：加工周期长，成本高，曲面复眼透镜曲率不可控，可重复性低，子眼形貌的一致性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜及制备方法。
第一方面，本发明提供一种带光阑的双胶合复眼透镜，所述双胶合复眼透镜上设置不同口径和矢高的子眼，光线从双胶合复眼透镜的上表面非球面透镜端向下表面复眼端入射，所述非球面透镜端表面镀有阵列金属光阑，不同角度的光线均经过子眼透镜的汇聚后使得焦点落在同一像平面上；
所述双胶合复眼透镜中心处对应的为0级子眼，0级子眼到像平面、的垂直距离为，边缘子眼级数向外围逐层递加至n级，边缘子眼的球冠顶点到像平面的距离分别是/>，的大小为各级子眼的像方焦距，/>为预设值，初始值为0级子眼的焦距，由初始值依据公式，算出其余n级子眼的弦长，
当光线通过上表面时发生折射，得到公式(1)
（1）
设入射角为，经过双胶合复眼透镜上表面折射折射角为/>，折射后的光线经过子眼透镜的光心，并且它的反向延长线过双胶合复眼透镜球冠的曲率中心点o；
各级子眼的焦距/>的大小等于像方焦点/>，得到公式（2）：
（2）
根据光路图几何关系可得：
（3）
将公式（2）的参数关系代入公式（3）得到关系式（4）：
（4）
其中，为空气折射率，n为所述双胶合复眼透镜的材料光敏胶的折射率；α为光线入射角；θ为光线折射角并使得折射后的光线与子眼透镜光轴重合；/>为双胶合复眼透镜基底的曲率半径；/>为子眼透镜球冠的矢高；/>为各级子眼的焦距；/>为子眼的曲率半径。
作为一种可选的方案，所述子眼的矢高全部为0.030mm，0级子眼口径为0.3mm，即0级子眼=0.3mm，利用初始值算出0级子眼的焦距。
第二方面，本发明提供一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法，其用于制备如上述的带光阑的双胶合复眼透镜，包括：
旋涂光刻胶后在基底表面形成带有微透镜阵列图案的光刻胶掩模；
对涂附光刻胶掩模的基底进行刻蚀，将微透镜阵列图案转移到所述基底上得到基板微孔阵列；
把基底表面的光刻胶清洗去除，并把处理好的基底进行钝化处理；
将预置聚合物铺设在所述基板微孔阵列上，并对所述基板微孔阵列进行热压处理，冷却后将聚合物层从所述基板微孔阵列上剥离，将微透镜阵列图案复制在所述聚合物层上，所述微透镜阵列图案为凸面微透镜阵列；
将所述聚合物层放置在模具中，使用PDMS预聚液进行反向脱模，等到PDMS预聚体溶液固化后，得到与所述聚合物层上的凸面微透镜阵列相对的凹面微透镜阵列PDMS薄膜；
将凹面微透镜阵列PDMS薄膜放置在抽气的封闭腔上，在大气压力作用下，所述凹面微透镜阵列PDMS薄膜发生变形得到变形膜；
将光敏胶粘剂浇铸在变形膜形成的凹面球冠上，并在所述凹面球冠上方放置非球面玻璃透镜，在非球面玻璃透镜上镀上一层金属光阑形成阵列金属光阑，置于紫外线灯下进行紫外线固化，制备出所需的带光阑的双胶合复眼透镜。
作为一种可选的方案，所述旋涂光刻胶后在基底表面形成带有微透镜阵列的光刻胶掩模，包括：
在旋涂黏附剂后，再涂附光刻胶，利用高速离心使光刻胶在基片上均匀分布后进行前烘，采用掩模版进行光刻，经过显影后烘后即可得到带有在基底上带有微透镜阵列结构的光刻胶掩模。
作为一种可选的方案，所述对涂附光刻胶掩模的基底进行刻蚀，将微透镜阵列图案转移到基底上，包括：
在未附着光刻胶掩模板的地方进行ICP刻蚀，得到与光刻胶掩模版同样图形的微透镜阵列。
作为一种可选的方案，所述把基底表面的光刻胶清洗去除，并把处理好的基底进行钝化处理，包括：
将被蚀刻的具有微透镜阵列的基底浸泡在丙酮溶液中，并初步去除硅片衬底上的光刻剂，将浓硫酸和过氧化氢按3:1的比例混合成配备溶液；
将基底放入溶液中，蒸至沸腾，去除残留的光刻胶和一些杂质。
本实施例中，用于钝化处理的材料为C4F8，具体不做限定。
作为一种可选的方案，还包括所述热压处理的压强范围为25KPa-50kPa，温度为135℃-145℃，所述凸面微透镜阵列的矢高为20-40μm。
作为一种可选的方案，所述将所述聚合物层放置在模具中，使用PDMS预聚液进行反向脱模，包括：
将浇注入模具的PDMS预聚液置于真空干燥箱内在80°温度下烘干8小时固化；或
将浇注入模具的PDMS预聚液置于真空干燥箱内在80°温度下加热8小时固化。
作为一种可选的方案，所述置于紫外线灯下进行紫外线固化之前，还包括：
把光敏胶浇筑在凹陷球冠内，位于上方的石英透镜在紫外和可见光谱范围内透明，且透过率在92%以上，具体地，在将紫外固化步骤中，本发明所采用的是型号为NOA63的光敏胶。把光敏胶浇筑在凹陷球冠内，位于上方的石英透镜在紫外和可见光谱范围内透明，且透过率在92%以上，可以根据不同需求设计不同的曲率，进而改变双胶合复眼透镜基底的曲率半径。
作为一种可选的方案，所述在非球面玻璃透镜上镀上一层金属光阑形成阵列金属光阑，包括：
利用磁控溅射机在所述非球面玻璃透镜的下表面镀上一层铜，根据子眼透镜的入射关系，在相应位置的铜层上，使用H3PO4去除铜，在非球面玻璃透镜的下表面制备阵列金属光阑。
本发明提供的带光阑的双胶合复眼透镜及制备方法，加工精度高，采用光刻与ICP离子刻蚀在基底上加工平面微透镜阵列，采用热压工艺将基底上微透镜图形转移到聚合物层5的过程中，压力均匀施加于共聚层表面，子眼矢高均匀，与此同时通过控制预设的热压厚度就能控制子眼矢高的大小；根据PDMS薄膜形变与大气压的线性关系，利用差压计测量模具内部负压，可精确控制薄膜形变的曲率半径；采用紫外固化工艺制备透镜，时间短效率高，可重复性好，表面形貌均一，采用双胶合玻璃透镜，紫外固化时制成双胶合复眼透镜，降低了像差与色差的影响，使分辨率得到提高。
附图说明
图1为本发明实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法的流程示意图。
图2为本发明实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法中双胶合复眼透镜的模型图。
图3为为本发明实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法中光刻掩模版的截面图。
图4为本发明实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法中带有光刻显影后覆盖光刻胶掩模的基底图。
图5为本发明实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法中刻蚀钝化后的带有微孔阵列的基底图。
图6为本发明实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法中热压聚合物层复制转移硅片上微孔阵列的示意图。
图7为本发明实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法中热压后具有微透镜阵列的聚合物层示意图。
图8为本发明实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法中利用PDMS预聚液反脱模示意图。
图9为本发明实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法中经过反脱模得到的带有下凹微透镜阵列的PDMS薄膜示意图。
图10为根据本发明提供的带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法中带有阵列金属光阑的非球面玻璃透镜的示意图。
图11为本发明实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法中光敏胶紫外固化示意图。
图12为本发明实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法中双胶合复眼透镜结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜，所述双胶合复眼透镜上设置不同口径和矢高的子眼，光线从双胶合复眼透镜的上表面非球面透镜端向下表面复眼端入射，在非球面透镜端表面镀有阵列金属光阑，不同角度的光线均经过子眼透镜的汇聚后使得焦点落在同一像平面上，像平面可以是CCD传感器或者CMOS传感器；
所述双胶合复眼透镜中心处对应的为0级子眼，0级子眼到像平面、的垂直距离为，边缘子眼级数向外围逐层递加至n级，边缘子眼的球冠顶点到像平面的距离分别是/>，的大小为各级子眼的像方焦距，/>为预设值，初始值为0级子眼的焦距，由初始值依据公式，算出其余n级子眼的弦长，
当光线通过上表面时发生折射，得到公式(1)
（1）
设入射角为，经过双胶合复眼透镜上表面折射折射角为/>，折射后的光线经过子眼透镜的光心，并且它的反向延长线过双胶合复眼透镜球冠的曲率中心点o；
各级子眼的焦距的大小等于像方焦点/>，得到公式（2）：
（2）
根据光路图几何关系可得：
（3）
将公式（2）的参数关系代入公式（3）得到关系式（4）：
（4）
其中，为空气折射率，n为所述双胶合复眼透镜的材料光敏胶的折射率；α为光线入射角；θ为光线折射角并使得折射后的光线与子眼透镜光轴重合；/>为双胶合复眼透镜基底的曲率半径；/>为子眼透镜球冠的矢高；/>为各级子眼的焦距；/>为子眼的曲率半径，完成在对双胶合复眼透镜进行光学设计。
在一些实施例中，所述子眼的矢高全部为0.030mm，0级子眼口径为0.3mm，即0级子眼=0.3mm，利用初始值算出0级子眼的焦距。
结合图1所示，相应地，本发明实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法，其用于制备如上述的双胶合复眼透镜，包括：
S101、旋涂光刻胶后在基底表面形成带有微透镜阵列图案的光刻胶掩模；
S102、对涂附光刻胶掩模的基底进行刻蚀，将微透镜阵列图案转移到所述基底上得到基板微孔阵列；
S103、把基底表面的光刻胶清洗去除，并把处理好的基底进行钝化处理；
S104、将预置聚合物铺设在所述基板微孔阵列上，并对所述基板微孔阵列进行热压处理，冷却后将聚合物层从所述基板微孔阵列上剥离，将微透镜阵列图案复制在所述聚合物层上，所述微透镜阵列图案为凸面微透镜阵列；
S105、将所述聚合物层放置在模具中，使用PDMS预聚液进行反向脱模，等到PDMS预聚体溶液固化后，得到与所述聚合物层上的凸面微透镜阵列相对的凹面微透镜阵列PDMS薄膜；
S106、将凹面微透镜阵列PDMS薄膜放置在抽气的封闭腔上，在大气压力作用下，所述凹面微透镜阵列PDMS薄膜发生变形得到变形膜；
S107、将光敏胶粘剂浇铸在变形膜形成的凹面球冠上，并在所述凹面球冠上方放置非球面玻璃透镜，在非球面玻璃透镜上镀上一层金属光阑形成阵列金属光阑，置于紫外线灯下进行紫外线固化，制备出所需的带光阑的双胶合复眼透镜。
本实施例中提高到PDMS为聚二甲基硅氧烷，Polydimethylsiloxane，是一种疏水类的有机硅物料。
在S101，所述旋涂光刻胶后在基底表面形成带有微透镜阵列图案1的光刻胶掩模2，包括：
在旋涂黏附剂后，再涂附光刻胶，利用高速离心使光刻胶在基片上均匀分布后进行前烘，采用微透镜阵列图案1进行光刻，经过显影后烘后即可得到带有在基底上带有微透镜阵列结构的光刻胶掩模2。
在S102，所述对涂附光刻胶掩模2的基底3进行刻蚀，将微透镜阵列图案转移到基底3上，包括：
在未附着光刻胶掩模2板的地方进行ICP刻蚀，得到与光刻胶掩模2版同样图形的微透镜阵列。
作为一种可选的方案，所述把基底3表面的光刻胶清洗去除，并把处理好的基底3进行钝化处理，包括：
将被蚀刻的具有微透镜阵列的基底3浸泡在丙酮溶液中，并初步去除硅片衬底上的光刻剂，将浓硫酸和过氧化氢按3:1的比例混合成配备溶液；
将基底3放入溶液中，蒸至沸腾，去除残留的光刻胶和一些杂质。
本实施例中，还包括所述热压处理的压强范围为25KPa-50kPa，温度为135℃-145℃，所述凸面微透镜阵列的矢高为20-40μm。
在S105，所述将所述聚合物层5放置在模具中，使用PDMS预聚液8进行反向脱模，包括：
将浇注入模具的PDMS预聚液8置于真空干燥箱内在80°温度下烘干8小时固化；或
将浇注入模具的PDMS预聚液8置于真空干燥箱内在80°温度下加热8小时固化。
在一些实施例中，所述置于紫外线灯下进行紫外线固化之前，还包括：
把光敏胶浇筑在凹陷球冠内，位于上方的石英透镜在紫外和可见光谱范围内透明，且透过率在92%以上，具体地，在将紫外固化步骤中，本发明所采用的是型号为NOA63的光敏胶。把光敏胶浇筑在凹陷球冠内，位于上方的石英透镜在紫外和可见光谱范围内透明，且透过率在92%以上，可以根据不同需求设计不同的曲率，进而改变双胶合复眼透镜基底的曲率半径。
结合图10所示，在一些实施例中，在非球面玻璃透镜上镀上一层金属光阑形成阵列金属光阑13，包括：
利用磁控溅射机在非球面玻璃透镜的下表面镀上一层铜，铜的厚度可以为10um厚，铜的质地柔软，可以很好的附着在玻璃透镜上，根据子眼透镜的入射关系，在相应位置的铜层上，使用H3PO4去除铜，在非球面玻璃透镜的下表面制备阵列金属光阑13，在非球面玻璃透镜的下表面镀上金属铜阵列光阑，减少了杂散光在内部的影响，提高成像的质量。
本发明实施例中还提供了一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法，包括：
S201：对双胶合复眼透镜进行光学设计，求得每一级子眼的矢径大小与排布，使得每一级子眼的焦点落在同一焦平面上，从而与感光传感器CCD或者CMOS的像面匹配。
结合图2，双胶合复眼透镜的最中心处对应的为0级子眼，它到CCD或者CMOS像面的垂直距离为。边缘子眼级数向外围逐层递加至n级，这些子眼的球冠顶点到像面的距离分别是/>。由图2可以看出随着子眼级数增长，越靠近边缘区域，/>的数值越大。
的大小即为各级子眼的像方焦距，/>为预设值，初始值为0级子眼的焦距，由初始值依据公式，算出其余n级子眼的弦长。
当光线通过上表面时发生折射，得到公式(1)
（1）
设入射角为，经过双胶合复眼透镜上表面折射折射角为/>，折射后的光线经过子眼透镜的光心，并且它的反向延长线过双胶合复眼透镜球冠的曲率中心点o；
各级子眼的焦距的大小等于像方焦点/>，得到公式（2）：
（2）
由图2中光路图几何关系可得：
（3）
将公式（2）得参数关系带入公式（3）得到关系式（4）：
（4）
上述公式中为空气折射率；n为本专利制备双胶合复眼透镜的材料光敏胶11的折射率；α为光线入射角；θ为光线折射角并使得折射后的光线与子眼透镜光轴重合；/>为双胶合复眼透镜基底3的曲率半径；/>为子眼透镜球冠的矢高；/>为各级子眼的焦距；/>为子眼的曲率半径。
本实施例中，采用的感光芯片传感器的尺寸为1英寸，对此不做限定。
S202、旋涂光刻胶后在基底3表面形成带有微透镜阵列的光刻胶掩模。
具体如下，在旋涂黏附剂后，再涂附光刻胶，利用高速离心使光刻胶在基片上均匀分布后进行前烘。
采用附图3所示的掩模版进行光刻，经过显影后烘后即可得到如附图4所示附着在基底3上带有微透镜阵列结构的光刻胶掩模。
S203、对涂附光刻胶掩模的基底3进行刻蚀，将微透镜阵列图形转移到基底3上；
具体如下，在未附着光刻胶掩模板的地方进行ICP刻蚀，得到与光刻胶掩模2版同样图形的微透镜阵列，如附图5所示。
S204、清洗去基底3表面光刻胶，并对基底3进行钝化处理.
具体如下，将刻蚀完毕的硅片浸泡在丙酮溶液中，初步去除基底3上光刻胶。将浓硫酸与过氧化氢按3：1比列混合配备溶液，将基底3放入溶液蒸煮至沸腾，去除剩余光刻胶及部分杂质。在清水清洗去硅片上的硫酸后，用C4F8对基底3钝化，在硅片表面形成钝化层。
S205、在所述钝化后的基底3的微孔阵列4上铺设聚合物，并进行热压处理。
具体如下，如附图6所示将带有微透镜阵列的基底3放置于模具内并在其上铺设一层聚合物层5，如环烯烃共聚物COC、 环烯烃聚合物COP、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚碳酸脂PC等，并在玻璃化温度下对聚合物板进行热压处理，待冷却后，将聚合物层5从基底3上剥离，即可得到如附图7所示的聚合物微透镜阵列7。
S206、利用PDMS预聚液8进行反脱模得到聚合物微透镜阵列7。
具体如下，如附图8将聚合物微透镜阵列7置于模具内，浇注PDMS预聚液8，把模具置于真空干燥箱内在80°温度下加热8小时。 PDMS预聚液8固化后，得到具有弹性形变的PDMS薄膜10，如附图9所示PDMS薄膜10的微透镜阵列图形与聚合物微透镜阵列7图形相反。
S207、通过紫外固化工艺复制PDMS薄膜上微透镜阵列，制备带光阑的双胶合复眼透镜。
具体如下，如附图11所示将PDMS薄膜置于一抽气密闭腔体即气压腔模具12上，在大气压作用下，PDMS薄膜发生形变，在形变薄膜形成的凹陷球冠内浇注光敏胶11，于上方放置一块经设计的石英玻璃，在石英玻璃上镀上一层金属光阑形成阵列金属光阑13如图10所示，并置于紫外灯下固化，即可制备如附图12所示的带光阑的双胶合复眼透镜。
本发明实施例中又提供了一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法，具体包括。
1、设定子眼的矢高全部为0.030mm，0级子眼口径为0.3mm，即0级子眼=0.3mm，利用初始值算出0级子眼的焦距。计算过程已在上述具体实施方式中详细说明，在此不再作过多赘述，并依次求出各级子眼的焦距.具体数据如表:
我们可知的是，子眼的数目是和双胶合复眼透镜的视场角有着很大的关联，子眼数目越多市场角则越大，可达到140°-180°，具体子眼级数分布如表1所示。
表1
2、把正性光刻胶旋涂在基底3表面，使用光刻掩膜版曝光和显影，在基底3的表面形成图形化的光刻胶掩模2，光刻胶掩模2上的图形为光刻胶微透镜阵列图形。
3、通过干法刻蚀将光刻后的光刻胶掩模板上的微透镜阵列转移到基底3中去。
4、把光刻胶清洗去除，对石英玻璃与硅片进行钝化。
5、在所述钝化后的基底3的微孔阵列4上铺设环烯烃共聚物COC，并进行热压处理。环烯烃共聚物和微孔阵列4的外周围放置一个等厚度的热压限位环7，加热到环烯烃共聚物的玻璃化温度138℃以上，同时施加40kPa的压强，保持15min。冷却至室温后 剥离得到基于COC微透镜阵列结构。
6、利用PDMS预聚液8进行反脱模,得到PDMS基的微透镜阵列凹模。
7、把PDMS薄膜封在密闭腔体上，抽气使薄膜表面发生球面形变，浇注光敏胶11NOA63后，将上述石英玻璃放在光敏胶11NOA63上进行紫外固化。
本发明提供的带光阑的双胶合复眼透镜及制备方法，加工精度高，采用光刻与ICP离子刻蚀在基底上加工平面微透镜阵列，采用热压工艺将基底上微透镜图形转移到聚合物层5的过程中，压力均匀施加于共聚层表面，子眼矢高均匀，与此同时通过控制预设的热压厚度就能控制子眼矢高的大小；根据PDMS薄膜形变与大气压的线性关系，利用差压计测量模具内部负压，可精确控制薄膜形变的曲率半径；采用紫外固化工艺制备透镜，时间短效率高，可重复性好，表面形貌均一，采用双胶合玻璃透镜，紫外固化时制成双胶合复眼透镜，降低了像差与色差的影响，使分辨率得到提高。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种带光阑的双胶合复眼透镜，其特征在于，所述双胶合复眼透镜上设置不同口径和矢高的子眼，光线从双胶合复眼透镜的上表面非球面透镜端向下表面复眼端入射，所述非球面透镜端表面镀有阵列金属光阑，不同角度的光线均经过子眼透镜的汇聚后使得焦点落在同一像平面上；
所述双胶合复眼透镜中心处对应的为0级子眼，0级子眼到像平面、的垂直距离为，边缘子眼级数向外围逐层递加至n级，边缘子眼的球冠顶点到像平面的距离分别是/>，/>的大小为各级子眼的像方焦距，/>为预设值，初始值为0级子眼的焦距，由初始值依据公式，算出其余n级子眼的弦长，
当光线通过上表面时发生折射，得到公式(1)
（1）
设入射角为，经过双胶合复眼透镜上表面折射折射角为/>，折射后的光线经过子眼透镜的光心，并且它的反向延长线过双胶合复眼透镜球冠的曲率中心点o；
各级子眼的焦距的大小等于像方焦点/>，得到公式（2）：
（2）
根据光路图几何关系可得：
（3）
将公式（2）的参数关系代入公式（3）得到关系式（4）：
（4）
其中，为空气折射率，n为所述双胶合复眼透镜的材料光敏胶11的折射率；α为光线入射角；θ为光线折射角并使得折射后的光线与子眼透镜光轴重合；/>为双胶合复眼透镜基底的曲率半径；/>为子眼透镜球冠的矢高；/>为各级子眼的焦距；/>为子眼的曲率半径。
2.根据权利要求1所述的带光阑的双胶合复眼透镜，其特征在于，所述子眼的矢高全部为0.030mm，0级子眼口径为0.3mm，即0级子眼=0.3mm，利用初始值算出0级子眼的焦距。
3.一种带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法，其用于制备如权利要求1或2所述的带光阑的双胶合复眼透镜，其特征在于，包括：
旋涂光刻胶后在基底表面形成带有微透镜阵列图案的光刻胶掩模；
对涂附光刻胶掩模的基底进行刻蚀，将微透镜阵列图案转移到所述基底上得到基板微孔阵列；
把基底表面的光刻胶清洗去除，并把处理好的基底进行钝化处理；
将预置聚合物铺设在所述基板微孔阵列上，并对所述基板微孔阵列进行热压处理，冷却后将聚合物层从所述基板微孔阵列上剥离，将微透镜阵列图案复制在所述聚合物层上，所述微透镜阵列图案为凸面微透镜阵列；
将所述聚合物层放置在模具中，使用PDMS预聚液进行反向脱模，等到PDMS预聚体溶液固化后，得到与所述聚合物层上的凸面微透镜阵列相对的凹面微透镜阵列PDMS薄膜；
将凹面微透镜阵列PDMS薄膜放置在抽气的封闭腔上，在大气压力作用下，所述凹面微透镜阵列PDMS薄膜发生变形得到变形膜；
将光敏胶粘剂浇铸在变形膜形成的凹面球冠上，并在所述凹面球冠上方放置非球面玻璃透镜，在非球面玻璃透镜上镀上一层金属光阑形成阵列金属光阑，置于紫外线灯下进行紫外线固化，制备出所需的带光阑的双胶合复眼透镜。
4.根据权利要求3所述的带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法，其特征在于，所述旋涂光刻胶后在基底表面形成带有微透镜阵列的光刻胶掩模，包括：
在旋涂黏附剂后，再涂附光刻胶，利用高速离心使光刻胶在基片上均匀分布后进行前烘，采用掩模版进行光刻，经过显影后烘后即可得到带有在基底上带有微透镜阵列结构的光刻胶掩模。
5.根据权利要求3所述的带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法，其特征在于，所述对涂附光刻胶掩模的基底进行刻蚀，将微透镜阵列图案转移到基底上，包括：
在未附着光刻胶掩模板的地方进行ICP刻蚀，得到与光刻胶掩模版同样图形的微透镜阵列。
6.根据权利要求3所述的带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法，其特征在于，所述把基底表面的光刻胶清洗去除，并把处理好的基底进行钝化处理，包括：
将被蚀刻的具有微透镜阵列的基底浸泡在丙酮溶液中，并初步去除硅片衬底上的光刻剂，将浓硫酸和过氧化氢按3:1的比例混合成配备溶液；
将基底放入溶液中，蒸至沸腾，去除残留的光刻胶和一些杂质。
7.根据权利要求3所述的带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法，其特征在于，还包括所述热压处理的压强范围为25KPa-50kPa，温度为135℃-145℃，所述凸面微透镜阵列的矢高为20-40μm。
8.根据权利要求3所述的双胶合复眼透镜的制备方法，其特征在于，所述将所述聚合物层放置在模具中，使用PDMS预聚液进行反向脱模，包括：
将浇注入模具的PDMS预聚液置于真空干燥箱内在80°温度下烘干8小时固化；或
将浇注入模具的PDMS预聚液置于真空干燥箱内在80°温度下加热8小时固化。
9.根据权利要求3所述的带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法，其特征在于，所述置于紫外线灯下进行紫外线固化之前，还包括：
把光敏胶浇筑在凹陷球冠内，位于所述凹陷球冠上方的石英透镜在紫外和可见光谱范围内透明，且透过率在92%以上。
10.根据权利要求3所述的带光阑的双胶合复眼透镜的制备方法，其特征在于，所述在非球面玻璃透镜上镀上一层金属光阑形成阵列金属光阑，包括：
利用磁控溅射机在所述非球面玻璃透镜的下表面镀上一层铜，根据子眼透镜的入射关系，在相应位置的铜层上，使用H3PO4去除铜，在非球面玻璃透镜的下表面制备阵列金属光阑。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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