一种利用数字掩模制作曲面微透镜阵列的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用数字掩模制作曲面微透镜阵列的方法，首先将曲面微透镜阵列拆分为曲面体和微透镜阵列两个独立部分，再将其沿z轴方向投影，并结合空间光调制器的像素分布以及灰度级数将两个投影分别映射为两个数字掩模，再通过投影光刻系统将这两个数字掩模投影在涂覆光刻胶的基底的同一位置进行曝光制作。本发明专利技术所述的方法成本低、周期短，突破了单一数字掩模投影光刻制作时纵向深度梯度受限于空间光调制器的灰度级数的难题，使光刻胶接收到的曝光剂量调制级数扩大两倍；避免了在有掩模投影光刻中掩模与基底相对运动过程中的对准误差。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，首先将曲面微透镜阵列拆分为曲面体和微透镜阵列两个独立部分，再将其沿z轴方向投影，并结合空间光调制器的像素分布以及灰度级数将两个投影分别映射为两个数字掩模，再通过投影光刻系统将这两个数字掩模投影在涂覆光刻胶的基底的同一位置进行曝光制作。本专利技术所述的方法成本低、周期短，突破了单一数字掩模投影光刻制作时纵向深度梯度受限于空间光调制器的灰度级数的难题，使光刻胶接收到的曝光剂量调制级数扩大两倍；避免了在有掩模投影光刻中掩模与基底相对运动过程中的对准误差。【专利说明】
本专利技术涉及一种制作曲面微透镜阵列的方法，尤其涉及一种利用数字掩模制作曲 面微透镜阵列的方法。
技术介绍
仿生复眼具有小体积，大视场、高灵敏度等突出的优点，可以作为国防科技和现代 工业应用中的关键光学器件。曲面微透镜阵列是仿生复眼中最为关键的部件，目前直接制 作曲面微透镜阵列的方法主要有激光(或电子束）直写技术和投影光刻等技术。激光(或电 子束）直写技术是利用高能超短脉冲激光(或聚焦电子束）在预制好的曲面基底上进行逐点 加工，有着比较长的制作周期，加工精度也较难控制。利用投影光刻技术制作曲面微透镜阵 列是通过预先制作好的掩模与基底的相对连续运动来实现的，相比于激光(或电子束）直写 技术，投影光刻技术有着相对更短的制作周期和更低的制作成本。然而有两个因素极大的 制约了这种技术的发展：第一是掩模板需要高额的制作费用，第二是掩模与基底的相对多 维运动难以精确控制。针对这两个制约投影光刻制作曲面微透镜阵列技术的发展，结合基 于空间光调制器进行数字掩模投影光刻的优点，提出一种利用数字掩模制作曲面微透镜阵 列的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，以克服投 影光刻技术制作曲面微透镜阵列时掩模板制作昂贵、制作周期长以及掩模板与基底的相对 运动难以精确控制的难题。该方法利用数字掩模投影光刻技术，将曲面微透镜阵列拆分为 曲面体和微透镜阵列两个部分，结合空间光调制器曝光剂量调制曲线和光刻胶响应曲线计 算出这两个部分分别对应的数字掩模，再在涂覆光刻胶的基底上同一位置分别进行曝光制 作，从而完成曲面微透镜阵列的制作。 本专利技术是这样来实现的，，其特征 是： (1) 曲面微透镜阵列在直角坐标系（X，y，Z)中可表示为关于X，y，Z的体函数F(x， y，z)，将该体函数拆分为曲面体F1Oc, y，z)和微透镜阵列F2 (X，y，z)两部分； (2) 再将待制作的曲面体F1Oc, y，z)和微透镜阵列F2(x，y，z)分别沿z方向进行 投影，投影运算即是匕(1，y，2)和&(1，y，z)分别沿z方向的定域积分。投影得到的两 个关于X，y的函数P 1U, 7)和P2 (X，y)分别是曲面体和和微透镜阵列的投影函数； (3) 结合空间光调制器(如：DMD、IXD、LCOS等）的像素个数及数字掩模投影系统的单 像素制作尺寸分别对这两个投影函数进行离散采样，同时结合空间光调制器的曝光剂量调 制曲线和光刻胶响应曲线把离散化的两个投影函数映射为两个独立的灰度数字掩模M 1 (i， j)和仏(1，j); (4) 然后通过计算机控制空间光调制器分别按预先设定好的曝光时间投影这两个数字 掩模在涂覆光刻胶的基底上进行曝光； (5)显影定影等工艺后便可在平面基底上得到光刻胶曲面微透镜阵列，再用化学性能 稳定的聚合物(如聚二甲基硅氧烷（PDMS))对光刻胶图形进行复制，便可得到性能稳定的曲 面微透镜阵列。 进一步的，所述将曲面微透镜阵列拆分为大于两部分的情况下再利用数字掩模制 作曲面微透镜阵列。 进一步的，所述拆分包括将一个几何物体按任意形状拆分成几个小的几何物体， 拆分后的所有几何物体可以通过代数叠加的方法得到原几何物体。 进一步的，所述沿z轴方向投影包括沿z轴正方向或负方向投影。 进一步的，所述沿z轴方向投影，其主要特征为沿z轴方向对体函数进行定域积 分，积分的上下限分别取相应的体函数在z域的定义域。 进一步的，所述其中像素分布包括所有类型的空间光调制器的像素排列分布形式 和单像素调制光方式。 进一步的，所述其中灰度级数包括所有类型的空间光调制器等效灰度的控制级 数。 进一步的，所述其中映射包括的映射函数的特征为将投影得到的函数按空间光调 制器像素排列形式进行离散采样，也包括将投影得到的函数值以空间光调制器的等效灰度 的控制级数进行离散采样。 进一步的，所述其中投影光刻系统包括基于空间光调制器的数字掩模投影光刻系 统。 进一步的，所述其中光刻胶包括所有可用于光刻制作的正性或负性胶。 进一步的，所述其中聚合物薄膜包括所有化学性质稳定的聚合物，如聚二甲基硅 氧烷（PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)等。 本专利技术的优点是：将曲面微透镜阵列的体函数分解为两个独立的数字掩模分别进 行曝光制作，突破了数字掩模投影光刻制作时纵向深度梯度受限于空间光调制器的灰度级 数，使光刻胶接收到的曝光剂量调制级数由空间光调制器的灰度级数扩大为其两倍；利用 空间光调制器快速、准确的投影数字掩模，可以避免在掩模与基底相对运动过程中的对准 误差；无实体掩模可大大减少掩模制作的费用且掩模设计非常灵活。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的曲面微透镜阵列的体函数分解及相应的数字掩模制作示意图。 在图中，（a)为曲面微透镜阵列的体函数F(x，y，z)， (b) 为由曲面微透镜阵列分离的微透镜阵列F2 (x，y，z)， (c) 为由曲面微透镜阵列分离的曲面体F1Oc, y，z)， (d) 微透镜阵列沿z方向投影P2 (x，y)， (e) 曲面体沿z方向投影P1U, y)， (f) 为结合空间光调制器曝光剂量调制和光刻胶响应的曲线， (g) 微透镜阵列对应的数字掩模M2 (i，j)， (h) 曲面体对应的数字掩模札(1，j)。 【具体实施方式】 如图1所示，本专利技术是这样实现的：根据待制作的曲面微透镜阵列的实际 尺寸计算出曲面微透镜阵列在直角坐标系（X，y，Z)中的体函数（a);将该体函 数分解为曲面体（C)和微透镜阵列（b)两部分，其对应的体函数分别为F1Oc, y， z)和匕匕y，z);通过定域积分分别计算这两部分沿z轴的投影，积分域分别 取匕(1，y，z)和&(1，y，z)对应的z轴范围；因此微透镜阵列沿z方向投影 【权利要求】1. ，其特征在于方法步骤如下： (1) 曲面微透镜阵列在直角坐标系（X，y，Z)中可表示为关于x，y，z的体函数F(x， y，Z)，将该体函数拆分为曲面体Fjx，y，z)和微透镜阵列F2(x，y，z)两部分； (2) 再将待制作的曲面体Fjx，y，z)和微透镜阵列F2(x，y，z)分别沿z方向进行 投影，投影运算即是？1(乂，y, 2)和？2(乂，y, z)分别沿z方向的定域积分； 投影得到的两个关于x，y的函数Pjx，一和己"，y)分别是曲面体和和微透镜阵列 的投影函数； (3) 结合空间光调制器的像素个数及数字掩模投影系统的单像素制作尺寸分别对这两 个投影函数进行离散采样，同时结合空间光调制器的曝光剂量调制曲线和光刻胶响应曲线 把离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用数字掩模制作曲面微透镜阵列的方法，其特征在于方法步骤如下：（1）曲面微透镜阵列在直角坐标系（x, y, z）中可表示为关于x, y, z的体函数F(x, y, z)，将该体函数拆分为曲面体F1(x, y, z)和微透镜阵列F2(x, y, z)两部分；（2）再将待制作的曲面体F1(x, y, z)和微透镜阵列F2(x, y, z)分别沿z方向进行投影，投影运算即是F1(x, y, z)和F2(x, y, z)分别沿z方向的定域积分；投影得到的两个关于x, y的函数P1(x, y)和P2(x, y)分别是曲面体和和微透镜阵列的投影函数；（3）结合空间光调制器的像素个数及数字掩模投影系统的单像素制作尺寸分别对这两个投影函数进行离散采样，同时结合空间光调制器的曝光剂量调制曲线和光刻胶响应曲线把离散化的两个投影函数映射为两个独立的灰度数字掩模M1(i, j)和M2(i, j)；（4）然后通过计算机控制空间光调制器分别按预先设定好的曝光时间投影这两个数字掩模在涂覆光刻胶的基底上进行曝光；（5）显影定影等工艺后便可在平面基底上得到光刻胶曲面微透镜阵列，再用化学性能稳定的聚合物对光刻胶图形进行复制，便可得到性能稳定的曲面微透镜阵列。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张志敏，高益庆，罗宁宁，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36