本发明专利技术属于光学加工技术领域，本发明专利技术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。使分辨率得到提高。使分辨率得到提高。
【技术实现步骤摘要】
一种带光阑的双胶合复眼透镜及制备方法
[0001]本专利技术涉及光学加工领域，特别涉及一种带光阑的双胶合复眼透镜及制备方法。
技术介绍
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
技术实现思路
[0005]有鉴于此，本专利技术实施例中提供一种带光阑的双胶合复眼透镜及制备方法。
[0006]第一方面，本专利技术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。
[0007]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。
[0008]第二方面，本专利技术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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]本实施例中，用于钝化处理的材料为C4F8，具体不做限定。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘永顺，冯昕，董骏宇，邢燚，吴一辉，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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