TWI476909B - 仿生物複眼微透鏡影像擷取系統之製法 - Google Patents

Description

仿生物複眼微透鏡影像擷取系統之製法

本發明係有關一種影像擷取系統之製法，尤指一種仿生物複眼微透鏡影像擷取系統之製法，其兼具製程易於控制、成本低、結構具穩定性與應用範圍廣等功效。

數位影像系統已是當代消費性電子產品中不可或缺的配備，傳統的單孔徑成像結構，固然可經由減小各組成元件的體積，而實現小型化，但能縮小的尺寸畢竟有極限。因此，為了實現微小成像系統的理念，昆蟲複眼已是諸多科學家觀察研究的目標，而在複眼成像系統中，最重要的一環即是微透鏡陣列之開發。

傳統人工複眼微透鏡陣列可利用特別修正過的雷射雷射微影系統進行製作，實現在非平面基板曝光的特殊需求，其過程相當的繁雜，需使用高精密度儀器，成本相當高，使用範圍受限。

有鑑於此，必需研發出可改善前述缺點的技術。

本發明之目的，在於提供一種仿生物複眼微透鏡影像擷取系統之製法，其達到製程易於控制、成本低、結構具穩定性與應用範圍廣之優點。特別是，本發明所欲解決之問題包括：人工複眼製作需使用精密儀器、成本高而使用範圍受限等問題。

解決上述問題之技術手段係提供一種仿生物複眼微透鏡影像擷取系統之製法，其製作方式包括：

一．預備步驟；

二．微影成形步驟；

三．光阻熱熔步驟；

四．電鑄翻模步驟；

五．微透鏡薄膜成形步驟；

六．抽氣成形步驟；及

七．結合完成步驟。

本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。

茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

參閱第一圖，本發明係為一種仿生物複眼微透鏡影像擷取系統之製法，其製造方式包括下列步驟：

一．預備步驟11：預備一基板20(參閱第二圖)及一光罩30(參閱第四圖)，該光罩30上具有複數個透鏡成形孔31；

二．微影成形步驟12：於該基板20上均勻塗佈一正光阻層21(參閱第三圖)，之後將該光罩30覆設於該正光阻層21上，透過該透鏡成形孔31朝該正光阻層21照射一紫外光30A而進行曝光(參閱第四圖)，使該正光阻層21成形複數個光阻圓柱結構21A(參閱第五圖)；

三．光阻熱熔步驟13：將該複數個光阻圓柱結構21A進行高溫整形為複數個半圓狀微透鏡結構21B(參閱第七圖)；

四．電鑄翻模步驟14：參閱第八及第九圖，以該複數個半圓狀微透鏡結構21B進行電鑄翻模，而成形一具有複數個微透鏡模穴211之金屬模仁21C；

五．微透鏡薄膜成形步驟15：於該金屬模仁21C上覆設一模液21D(參閱第十及第十一圖)，而可固化翻模成形一具有複數微透鏡212之微透鏡薄膜21E(參閱第十二圖)；

六．抽氣成形步驟16：參閱第十三A及第十三B圖，將該微透鏡薄膜21E上下顛倒的覆設於一抽氣裝置40上，該抽氣裝置40包括一具有氣室411的模具41、一抽氣孔42及一抽氣結構43，該微透鏡薄膜21係密封於該氣室411上，以該抽氣結構43插入該抽氣孔42，對該氣室41進行抽氣，該微透鏡薄膜21E因該該氣室41內呈負壓而成形為曲面微透鏡薄膜21F(參閱第十四圖)，再於曲面微透鏡薄膜21F上填入該模液21D，而可固化成形一具有複數微透鏡212的仿生物複眼微透鏡結構21G(參閱第十六A及第十六B圖)；

七．結合完成步驟17：將該仿生物複眼微透鏡結構21G與一影像感測器50結合(參閱第十七及第十八圖)，即可用以擷取影像。

本發明之實際製作過程係如下所述：

於該微影成形步驟12中，係將型號為AZ4620之正光阻層21，以500rpm/15sec與2000prm/27sec之旋塗參數，分兩次堆疊塗佈於該基板20上，且第一次塗完光阻後用攝氏100度的烤箱軟烤3分鐘，第二次塗完光阻後再以攝氏100度軟烤5分鐘；靜置數分鐘之後，利用曝光機(微影技術)以曝光劑量270mJ/cm² 對正光阻層21進行曝光，再以AZ 300MIF顯影液顯影3分鐘；使正光阻層21成形複數個光阻圓柱結構21A(參閱第五圖)。

於該光阻熱熔步驟13中，係以攝氏160度對複數個光阻圓柱結構21A進行10分鐘的高溫整形作業(參閱第六A圖，例如以烘烤裝置進行熱熔)，使複數個光阻圓柱結構21A熱熔成近似半球形狀的半圓狀微透鏡結構21B(參閱第B圖)。

而於該電鑄翻模步驟14中，係於半圓狀微透鏡結構21B上鍍覆一導電起始層201(參閱第八圖)，其為銀(Ag)，再以鎳金屬電鍍系統，於半圓狀微透鏡結構21B上電鑄成形具有複數個微透鏡模穴211之金屬(鎳)模仁21C(參閱第九圖)。

至於該微透鏡薄膜成形步驟15中，係將聚二甲基矽氧烷(Poly dimethyl-siloxane，簡稱PDMS)與固化劑以10：1之比例均勻混合成模液21D，攪拌均勻後放入真空烤箱中抽取真空，使調配模液21D過程中所產生的氣泡完全去除，再將模液21D塗佈在模仁21C上，以攝氏100度加熱(例如熱電板)15分鐘，固化之後成形該具有複數微透鏡212之微透鏡薄膜21E(參閱第十二圖)。

而在該抽氣成形步驟16中，可預先以金屬雕刻機加工出壓克力模具，再以該模液21D澆鑄於該壓克力模具，待模液21D固化之後拔模，即得到具有氣室411的模具41(呈透明狀)，接著把該微透鏡薄膜21E倒置，並密封(以PDMS溶液作為黏著劑)於該模具41(抽氣孔42可以另行加鑽，為簡易技術)之氣室411上，再以抽氣結構43(例如針筒)插入抽氣孔42，將氣室411內的空氣抽出，使氣室411內外壓力不同，該微透鏡薄膜21E即因氣室411內呈負壓而變形成曲面微透鏡薄膜21F(因PDMS具有光學性質且具彈性，故會受壓而呈曲面)的形式，接著於曲面微透鏡薄膜21F上，均勻填入該模液21D(以與氣室411上方成水平為原則)，待模液21D與曲面微透鏡薄膜21F固化後，即得到仿生物複眼微透鏡結構21G(參閱第十五、第十六A及第十六B圖)。

至於該結合完成步驟17中，該影像感測器50可為互補式金屬氧化層半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，簡稱CMOS)，並可配合USB接頭連接於電腦主機即可擷取影像。

本發明之優點及功效可歸納如下：

[1]　製程易於控制。本發明主要將微透鏡薄膜倒置並密封於模具之氣室上，再以抽氣結構將氣室內的空氣抽出，即可使微透鏡薄膜因氣室內呈負壓而變形成曲面微透鏡薄膜，只要控制氣室內的負壓值(只要幾次的實驗即可求出相對應的負壓值與彎曲度)，即能完全控制曲面微透鏡薄膜之彎曲度。故，製程易於控制。

[2]　成本低。本發明之主要材料為PDMS(其餘模具只是輔助，且皆為公知材料，價格不高)，而製作過程也只是多次的翻模成形，可搭配生產線大量生產，故，成本低。

[3]　結構具穩定性。本發明之仿生物複眼微透鏡結構係由曲面微透鏡薄膜與模液固化而成，而曲面微透鏡薄膜與模液主要成份為PDMS(固化劑只佔一成，幾乎沒影響)，彈性佳，不會有脆性材料(例如玻璃)易於碎裂的疑慮。故，結構穩定性佳。

[4]　應用範圍廣。本發明因易於成本低且結構穩定，故可廣泛應用於數位影像系統、光纖及生醫檢測等產業。

以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

11．．．預備步驟

12．．．微影成形步驟

13．．．光阻熱熔步驟

14．．．電鑄翻模步驟

15．．．微透鏡薄膜成形步驟

16．．．抽氣成形步驟

17．．．結合完成步驟

20．．．基板

201．．．導電起始層

21．．．正光阻層

21A．．．光阻圓柱結構

21B．．．半圓狀微透鏡結構

21C．．．金屬模仁

21D．．．模液

21E．．．微透鏡薄膜

21F．．．曲面微透鏡薄膜

21G．．．仿生物複眼微透鏡結構

211．．．微透鏡模穴

212．．．微透鏡

30．．．光罩

30A．．．紫外光

31．．．透鏡成形孔

40．．．抽氣裝置

41．．．模具

411．．．氣室

42．．．抽氣孔

43．．．抽氣結構

50．．．影像感測器

第一圖係本發明之流程圖

第二及第三圖係分別為本發明之於基板上均勻塗佈正光阻層之前與之後的示意圖

第四圖係本發明之以紫外光透過透鏡成孔照射正光阻層之示意圖

第五圖係本發明之正光阻層成形為複數個光阻圓柱結構之示意圖

第六A、第六B及第七圖係分別為本發明之光阻圓柱結構熱熔整形為半圓狀微透鏡結構的前、中與後之示意圖

第八及第九圖係分別為本發明之以半圓狀微透鏡結構電鑄翻模成鎳金屬模仁之前與之後之示意圖

第十、第十一及第十二圖係分別為本發明之以鎳金屬模仁翻模成形微透鏡薄膜之前、中與後之示意圖

第十三A、第十三B及第十四圖係分別為本發明之對微透鏡薄膜抽氣成形為曲面微透鏡薄膜的前、中與後之示意圖

第十五、第十六A及第十六B圖係分別為本發明之曲面微透鏡薄膜與模液結合成仿生物複眼微透鏡結構之前與之後的外觀及剖視圖

第十七及第十八圖係分別為本發明之仿生物複眼微透鏡結構與影像感測器結合成仿生物複眼微透鏡影像擷取系統之前與之後的示意圖

11．．．預備步驟

12．．．微影成形步驟

13．．．光阻熱熔步驟

14．．．電鑄翻模步驟

15．．．微透鏡薄膜成形步驟

16．．．抽氣成形步驟

17．．．結合完成步驟

Claims (5)

1. 一種仿生物複眼微透鏡影像擷取系統之製法，其包括：一．預備步驟：預備一基板及一光罩，該光罩上具有複數個透鏡成形孔；二．微影成形步驟：於該基板上均勻塗佈一正光阻層，之後將該光罩覆設於該正光阻層上，透過該透鏡成形孔朝該正光阻層照射一紫外光而進行曝光，使該正光阻層成形複數個光阻圓柱結構；三．光阻熱熔步驟：將該複數個光阻圓柱結構進行高溫整形為複數個半圓狀微透鏡結構；四．電鑄翻模步驟：以該複數個半圓狀微透鏡結構進行電鑄翻模，而成形一具有複數個微透鏡模穴之金屬模仁；五．微透鏡薄膜成形步驟：於該金屬模仁上覆設一模液，而可固化翻模成形一具有複數微透鏡之微透鏡薄膜；六．抽氣成形步驟：將該微透鏡薄膜上下顛倒的覆設於一抽氣裝置上，該抽氣裝置包括一具有氣室的模具、一抽氣孔及一抽氣結構，該微透鏡薄膜係密封於該氣室上，以該抽氣結構插入該抽氣孔，對該氣室進行抽氣，該微透鏡薄膜因該該氣室內呈負壓而成形為曲面微透鏡薄膜，再於曲面微透鏡薄膜上填入該模液，而可固化成形一具有複數微透鏡的仿生物複眼微透鏡結構；七．結合完成步驟：將該仿生物複眼微透鏡結構與一影像感測器結合，即可用以擷取影像；其中，於該光阻熱熔步驟中，係以攝氏160度對複數個光阻圓柱結構進行10分鐘的高溫整形作業，使複數個光阻圓柱結構熱熔成近似半球形狀的半圓狀微透鏡結構；其中，於該微透鏡薄膜成形步驟中，係將聚二甲基矽氧烷與固化劑以10：1之比例均勻混合成模液，攪拌均勻後 放入真空烤箱中抽取真空，以消除模液內的氣泡，再將模液塗佈在模仁上，以攝氏100度加熱15分鐘，即固化之後成形該具有複數微透鏡之微透鏡薄膜。
2. 如申請專利範圍第1項所述之仿生物複眼微透鏡影像擷取系統之製法，其中，於該微影成形步驟中，係將型號為AZ4620之正光阻層，以500rpm/15sec與2000prm/27sec之旋塗參數，分兩次堆疊塗佈於該基板上，並在兩次堆疊塗佈後，分別施予攝氏100度軟烤3分鐘與攝氏100度軟烤5分鐘；再以曝光機配合曝光劑量270mJ/cm² 對正光阻層進行曝光，並以AZ 300MIF顯影液顯影3分鐘；使正光阻層成形複數個光阻圓柱結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述之仿生物複眼微透鏡影像擷取系統之製法，其中，於該電鑄翻模步驟中，係於半圓狀微透鏡結構上鍍覆一導電起始層，其為銀，再以鎳金屬電鍍系統，於半圓狀微透鏡結構上電鑄成形具有複數個微透鏡模穴之金屬模仁，其為鎳金屬模仁。
4. 如申請專利範圍第1項所述之仿生物複眼微透鏡影像擷取系統之製法，其中，於該抽氣成形步驟中，可預先以金屬雕刻機加工出壓克力模具，再以該模液澆鑄於該壓克力模具，待模液固化之後拔模，即得到具有氣室的模具，並於模具上成形該抽氣孔，接著把該微透鏡薄膜倒置，並密封於該模具之氣室上，再以抽氣結構插入抽氣孔，將氣室內的空氣抽出，使氣室內外壓力不同，該微透鏡薄膜即因氣室內呈負壓而變形成曲面微透鏡薄膜，接著於曲面微透鏡薄膜上均勻填入該模液，待模液與曲面微透鏡薄膜固化，即得到仿生物複眼微透鏡結構。
5. 如申請專利範圍第1項所述之仿生物複眼微透鏡影像擷取系統之製法，其中，於該結合完成步驟中，該影像感測器係為互補式金屬氧化層半導體。