一種高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列的制備方法。包括如下步驟：采用液滴微噴射法制備甘油水溶液微液滴陣列；采用模塑法制備PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模；制備PDMS半圓球凸凹模；將PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模與PDMS半圓球凹模粘結(jié)在一起，制得PDMS曲面微凹透鏡陣列負(fù)模，然后向PDMS曲面微凹透鏡負(fù)模中倒入NOA1625膠水，將PDMS半圓球凸模與PDMS半圓球凹槽合模，固化處理后，將PDMS半圓球凸模和固化的NOA1625膠水從PDMS半圓球凹槽中揭下，即制得曲面微透鏡陣列。本發(fā)明所制備的曲面微透鏡的曲面基底曲率可由PDMS半圓球凹凸模的曲率決定和改變，且制得的曲面微透鏡陣列的微透鏡數(shù)值孔徑高達(dá)0.625。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微透鏡陣列的制備方法，具體為一種高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列的制備方法，屬于微光學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微透鏡及微透鏡陣列作為一種典型的微光學(xué)器件被廣泛地應(yīng)用于光學(xué)信息處理、光束整形、光學(xué)器件互連、三維成像以及仿生復(fù)眼等領(lǐng)域。其中，仿生復(fù)眼具有視場(chǎng)角大、體積小、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，在軍事以及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域均有著重要的應(yīng)用。仿生復(fù)眼一般由數(shù)百到上萬(wàn)只小眼組成，每個(gè)小眼由微透鏡與晶椎波導(dǎo)組成。因此，仿生復(fù)眼的制備主要包括曲面微透鏡陣列的制備和晶椎波導(dǎo)的制備兩部分，其中，由于曲面微透鏡陣列的制造過(guò)程復(fù)雜、裝調(diào)困難，因此進(jìn)展不大，故曲面微透鏡陣列的制備成為制作仿生復(fù)眼的關(guān)鍵步驟。
[0003]目前，微透鏡陣列的制備方法有光刻膠熱回流法、激光直寫(xiě)、電子束直寫(xiě)、聚焦離子束光刻、灰度掩模法、光誘導(dǎo)交聯(lián)聚合法以及微噴打印法等，但其中大部分方法工藝過(guò)程繁瑣、設(shè)備昂貴、制作成本較高且只適于制作平面微透鏡陣列。微透鏡陣列制備材料主要有玻璃、聚合物、硅或半導(dǎo)體。其中聚合物微透鏡因其較玻璃及半導(dǎo)體微透鏡具有更大的設(shè)計(jì)自由度、機(jī)械性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)良好、質(zhì)量輕及制作過(guò)程簡(jiǎn)便等特點(diǎn)而得到了廣泛的關(guān)注和研究。現(xiàn)有報(bào)道用于制作微透鏡陣列的聚合物主要有有機(jī)玻璃、SU-8光刻膠、紫外光固化膠以及聚二甲基娃氧燒(Polydimethylsiloxane, PDMS)等,其中，有機(jī)玻璃透光率達(dá)到了92%，但由于它沒(méi)有柔韌性而且不能批量復(fù)制，所以不適合制作仿生復(fù)眼曲面微透鏡陣列；SU-8膠的透光性不好，影響微透鏡的光學(xué)性能；PDMS作為一種高透光性的聚合物，透光率能達(dá)到90%，而且具有很好的柔韌性，能進(jìn)行批量復(fù)制，所以在仿生復(fù)眼上應(yīng)用很廣泛。曲面微透鏡陣列的制備，主要有曲面激光刻蝕法、曲面光刻離子交換法和以彈性材料為模具材料的模塑法。曲面激光刻蝕法以首先在曲面基底上制作曲面光柵為掩模板，在曲面基底上進(jìn)行兩次正交的曝光顯影，熱熔后進(jìn)行離子束刻蝕，最終獲得曲面微透鏡陣列，該方法制備曲面微透鏡陣列工藝過(guò)程復(fù)雜，設(shè)備要求高，制作成本較大。曲面光刻離子交換法也為在曲面基底上直接制作曲面微透鏡陣列，包括光刻工藝和離子交換工藝、過(guò)程繁瑣，不易控制。以彈性材料作為模具的模塑法中曲面微透鏡負(fù)模的制備是制得曲面微透鏡陣列的關(guān)鍵，主要制備方法有通過(guò)空氣壓力差使薄膜變形和將彈性平面微凹透鏡負(fù)模自然貼合到曲面基底。對(duì)于通過(guò)空氣壓力差使薄膜變形，在氣壓差變化過(guò)程中，薄膜變形，從而使得微透鏡陣列變形較大，獲得的曲率不精確和無(wú)法制造形狀更為復(fù)雜的曲面微透鏡。將彈性平面微凹透鏡負(fù)模與曲面基底貼合的方法中，微透鏡的變形較小，但平面微凹透鏡負(fù)模的制備工藝繁瑣，制作成本較高。
[0004]數(shù)值孔徑作為微透鏡的一個(gè)重要光學(xué)參數(shù)，決定著微透鏡的分辨率、清晰度及消除位置色差能力，傳統(tǒng)方法制備高數(shù)值孔徑微透鏡陣列同樣存在制備過(guò)程繁瑣、效率低等問(wèn)題，且難以制造數(shù)值孔徑大于0.5的微透鏡。目前，高數(shù)值孔徑微透鏡陣列制備技術(shù)的研究主要針對(duì)平面微透鏡陣列，鮮有高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列制備方面的報(bào)道，這使得仿生復(fù)眼在需求高分辨率及高清晰度成像的醫(yī)學(xué)及軍事領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上描述的現(xiàn)有曲面微透鏡陣列制備方法具有制備過(guò)程復(fù)雜，設(shè)備要求高、成本大，難以制造高數(shù)值孔徑的曲面微透鏡等缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種簡(jiǎn)單的高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列制備方法。
[0006]本發(fā)明的原理是:微透鏡的數(shù)值孔徑主要與微透鏡的矢高/直徑比和微透鏡材料的折射率有關(guān)，且對(duì)于球面微透鏡，當(dāng)微透鏡的接觸角為90°左右時(shí)，微透鏡的數(shù)值孔徑達(dá)到最大值，微透鏡材料的折射率越高，其數(shù)值孔徑越大。而在PP塑料基板上的50v%的甘油水溶液微液滴接觸角約為90°，故以該甘油水溶液微液滴陣列為陽(yáng)模而復(fù)制得到的PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模以及PDMS曲面凹透鏡陣列負(fù)模的微凹透鏡的接觸角也為90°，從而使得最終制得的曲面微透鏡陣列的微透鏡接觸角約為90°，且由于在基板上自由成型的微液滴剖面為球面，故此時(shí)的曲面微透鏡的數(shù)值孔徑為最大值。因此，本發(fā)明將甘油水溶液按需噴射(以脈沖慣性力為主動(dòng)力，由壓電致動(dòng)器提供)到潔凈處理的PP塑料基板上，形成甘油水溶液微液滴陣列，將彈性材料PDMS液體沉積到甘油水溶液微液滴陣列上，由于彈性材料PDMS液體與甘油水溶液不相融，對(duì)PDMS液體固化處理后，可制得PDMS平面微凹透鏡負(fù)模，最后利用模塑法制得透光率為100%的曲面微透鏡陣列，制得的曲面微透鏡數(shù)值孔徑可達(dá)
0.625，大于其他方法制備的曲面微透鏡數(shù)值孔徑。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列制備方法，包括以下步驟:
第一步、PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模的制備
1.1制備內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴，出口內(nèi)徑為5?200 μ m ；
1.2對(duì)PP塑料基板進(jìn)行潔凈處理；
1.3驅(qū)動(dòng)內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴，將50v%甘油水溶液按需噴射到PP塑料基板上，得到甘油水溶液微液滴陣列；
1.4將PDMS液體抽真空，去除液體中的氣泡，再緩慢、均勻沉積到甘油水溶液微液滴陣列上，再次抽真空后，放入烘箱內(nèi)3(T40°C下加熱24小時(shí)后，將固化后的PDMS揭下，即制得PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模；
第二步、PDMS曲面微凹透鏡負(fù)模的制備:采用模塑法制備出PDMS半圓球凸凹模，再將PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模與PDMS半圓球凹模粘結(jié)到一起得到PDMS曲面微凹透鏡負(fù)模；第三步、高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列的制備:向制得的PDMS曲面微凹透鏡陣列負(fù)模填充N(xiāo)0A1625光學(xué)膠水，將PDMS半圓球凸模與PDMS半圓球凹模合模，經(jīng)紫外曝光I小時(shí)后，將固化的N0A1625光學(xué)膠水從PDMS模具上揭下，即得到高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列。
[0008]步驟1.2中所述的PP塑料基板分別采用PP塑料清洗劑與丙酮清洗。
[0009]步驟1.3中所述的甘油水溶液微液滴陣列通過(guò)對(duì)液滴微噴射控制參數(shù)與二維工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)協(xié)同控制實(shí)現(xiàn)，其中，所述的液滴微噴射控制參數(shù)包括提供給壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓波形、驅(qū)動(dòng)電壓幅值和驅(qū)動(dòng)頻率，壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓波形為陡升緩降波形，驅(qū)動(dòng)電壓幅值范圍為1(T80V，驅(qū)動(dòng)頻率范圍為2?20Hz ;二維工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括液滴微陣列的液滴排列方式和液滴間距，液滴排列方式分為正方形排列和正六邊形排列，液滴最小間距為20 μ m。
[0010]步驟1.4中所述的PDMS液體由PDMS彈性體與固化劑按10:1比例混合均勻得到。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
(I)本發(fā)明采用N0A1625光學(xué)膠水，折射率為1.625，高于一般光學(xué)膠水的折射率(1.5左右)；且50v%甘油水溶液微液滴與PP塑料基板的靜態(tài)接觸角為90 ，故最終制得的曲面微透鏡的數(shù)值孔徑理論計(jì)算為0.625，高于其他方法制備的高數(shù)值孔徑微透鏡(0.5左右)。
[0012](2)本發(fā)明采用一種簡(jiǎn)單、低成本的液滴微噴射技術(shù)制備甘油水溶液微液滴陣列作為陽(yáng)模，且陽(yáng)模的制作過(guò)程只需一步。液滴微噴射的分辨率較高，可穩(wěn)定得到直徑為
10μ m的微液滴。50v%甘油水溶液微液滴陣列的基板無(wú)需進(jìn)行特殊處理，即可獲得接觸角為90的微液滴。制得甘油水溶液微液滴陣列后，再利用兩步模塑工藝即可制得高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列，整個(gè)制備過(guò)程只需三步，與其他高數(shù)值孔微透鏡陣列制備技術(shù)相比，具有制備過(guò)程簡(jiǎn)單、快速、成本低廉且制備的微透鏡的數(shù)值孔徑高等優(yōu)勢(shì)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明第一步中甘油水溶液微液滴陣列的液滴微噴射制備示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明第一步中制得的甘油水溶液微液滴陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是圖2的A-A剖視圖。
[0016]圖4是本發(fā)明第一步中制得的PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模示意圖。
[0017]圖5是本發(fā)明第二步中制得的PDMS半圓球凸模。
[0018]圖6是圖5的B-B剖視圖。
[0019]圖7是本發(fā)明第二步中制得的PDMS半圓球凹模。
[0020]圖8是圖7中的C-C剖視圖。
[0021]圖9是本發(fā)明中第三步中高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列的制備結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖10是本發(fā)明中制得的高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列。
[0023]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
I Z軸調(diào)節(jié)旋鈕；2支架；3第一連接件；4壓電致動(dòng)器；5內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴；6第二連接件；7數(shù)碼顯微鏡；8 二維工作臺(tái)；9 PP塑料基板；10甘油水溶液微液滴陣列；
11PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模；12第一圓柱臺(tái)；13 PDMS半圓球凸模；14第二圓柱臺(tái)；15PDMS半圓球凹模；16 PDMS曲面微凹透鏡陣列負(fù)模；17高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列。
【具體實(shí)施方式】
[0024]本發(fā)明中，液滴微噴射是通過(guò)以脈沖慣性力為主動(dòng)力，克服內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴(參見(jiàn)博士論文《數(shù)字化液滴微噴射技術(shù)及其在印制電子中的應(yīng)用研究》)內(nèi)液體的粘性力實(shí)現(xiàn)的。所述的脈沖慣性力可用多種方式產(chǎn)生，由于壓電器件具有電壓-位移動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、響應(yīng)頻率高等特點(diǎn)，可作為整體驅(qū)動(dòng)器置于微噴嘴外部產(chǎn)生脈沖慣性力，故本發(fā)明脈沖慣性力由壓電致動(dòng)器提供。圖1所示為液滴微噴射裝置，首先將壓電致動(dòng)器4和所需內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5由第一連接件3、第二連接件6連接到支架2上，調(diào)節(jié)支架Z軸調(diào)節(jié)旋鈕I，從而調(diào)節(jié)內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5與PP塑料基板9的距離。調(diào)節(jié)數(shù)碼顯微鏡7放大倍數(shù)和焦距，使得內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5和PP塑料基板9可以清晰的在電腦屏幕上顯示。[0025]所述的內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5采用玻璃冷熱加工工藝制得，首先采用激光微針/微電極拉制儀(Sutter P-97/P-2000，美國(guó)Sutter)將毛坯外徑為1.0mm、內(nèi)徑為
0.6mm的硼硅酸鹽玻璃毛細(xì)管拉斷成微針，然后采用鍛針儀(MF-900，日本Narishige)將微針在合適的尺寸位置截?cái)嗖⒊隹阱懼瞥蓛?nèi)構(gòu)雙錐形，最后制備的出口內(nèi)徑可變范圍為5^200 μ m ;內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴具有較好的液滴微噴射能力，較平口等微噴嘴能夠微噴射出更大粘度的溶液。
[0026]本發(fā)明中，所用的水溶液為甘油水溶液，且甘油體積分?jǐn)?shù)為50%，在常溫下不會(huì)很快蒸發(fā)。采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)NDJ-1、4#轉(zhuǎn)子、12rpm/min、25°C條件下測(cè)得其粘度為6.77cps，符合液滴微噴射對(duì)液體的粘度要求(小于35cps)。
[0027]實(shí)施例1
PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模11的制備，具體步驟如下:
步驟I內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5的制備:采用所述的內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴制備方法制備出內(nèi)徑為5 μ m的內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴。
[0028]步驟2 PP塑料基板9的清洗:采用PP塑料清洗劑對(duì)PP塑料基板浸泡、涂刷5分鐘后，再用丙酮反復(fù)清洗3次后吹干。PP塑料基板要保證處理潔凈，否則，基板上的雜質(zhì)會(huì)影響微液滴的形狀。
[0029]步驟3配制甘油體積分?jǐn)?shù)為50v%的甘油水溶液；采用接觸角分析儀靜態(tài)懸滴法測(cè)得50v%的甘油水溶液微液滴在潔凈的PP塑料基板上的接觸角為90 。
[0030]步驟4將所述制備的內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5浸入所配制的504甘油水溶液中，利用毛細(xì)現(xiàn)象原理使得內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5內(nèi)吸入50v%甘油水溶液。設(shè)置壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓幅值為10V，驅(qū)動(dòng)頻率為20Hz，設(shè)置二維工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，液滴排列方式選擇正方形，液滴間距設(shè)置為20μπι。驅(qū)動(dòng)所述內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5，將內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5內(nèi)的50ν%甘油水溶液按需噴射到PP塑料基板9上，即可得到甘油水溶液微液滴陣列10，如圖2、3所示；采用數(shù)碼顯微鏡7 二百倍下觀察，測(cè)得制得的甘油水溶液液滴微陣列10的液滴直徑為10 μ m,液滴間距平均值約為20 μ m。
[0031]步驟5取DC184 SYLGARD PDMS彈性體與固化劑(PDMS彈性體專(zhuān)用固化劑)按質(zhì)量比10: I比例混合，在磁力攪拌器上攪拌20分鐘，將混合充分的PDMS液體抽真空，去除液體中的氣泡。
[0032]步驟6將PDMS抽完真空的液體緩慢、均勻沉積到甘油水溶液微液滴陣列10上，再次抽真空后，放入烘箱內(nèi)3(T40°C下加熱24小時(shí)后，將固化后的PDMS揭下，即制得PDMS微凹透鏡陣列負(fù)模11，如圖4所示。
[0033]實(shí)施例2
PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模11的制備，具體步驟如下:
步驟I內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5的制備:采用所述的內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴制備方法制備出內(nèi)徑為200 μ m的內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴。
[0034]步驟2 、3與實(shí)施例1所述步驟2、3相同。
[0035]步驟4將所述制備的內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5浸入所配制的504甘油水溶液中，利用毛細(xì)現(xiàn)象原理使得內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5內(nèi)吸入50v%甘油水溶液。設(shè)置壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓幅值為80V，驅(qū)動(dòng)頻率為2Hz，設(shè)置二維工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，液滴排列方式選擇正六邊形，液滴間距設(shè)置為480 μ m。驅(qū)動(dòng)所述內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5，將內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5內(nèi)的50v%甘油水溶液按需噴射到PP塑料基板9上，即可得到甘油水溶液微液滴陣列10，如圖2、3所示；采用數(shù)碼顯微鏡7 —百倍下觀察，測(cè)得制得的甘油水溶液液滴微陣列10的液滴直徑為450 μ m,液滴間距平均值約為480 μ m。
[0036]步驟5、6與實(shí)施例1中步驟5、6相同。
[0037]實(shí)施例3
PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模11的制備，具體步驟如下:
步驟I內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5的制備:采用所述的內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴制備方法制備出內(nèi)徑為IOOym的內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴。
[0038]步驟2、3與實(shí)施例1所述步驟2、3相同。
[0039]步驟4將所述制備的內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5浸入所配制的504甘油水溶液中，利用毛細(xì)現(xiàn)象原理使得內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5內(nèi)吸入50v%甘油水溶液。設(shè)置壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓幅值為40V，驅(qū)動(dòng)頻率為10Hz，設(shè)置二維工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，液滴排列方式選擇正六邊形，液滴間距設(shè)置為280 μ m。驅(qū)動(dòng)所述內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴5，將內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴內(nèi)的50v%甘油水溶液按需噴射到PP塑料基板9上，即可得到甘油水溶液微液滴陣列10，如圖2、3所示；采用數(shù)碼顯微鏡7—百倍下觀察，測(cè)得制得的甘油水溶液液滴微陣列10的液滴直徑為260 μ m,液滴間距平均值約為280 μ m。
[0040]步驟5、6與實(shí)施例1中步驟5、6相同。
[0041]實(shí)施例4
高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列17的制備，具體步驟如下:
步驟I設(shè)計(jì)制作PDMS半圓球凸模13、PDMS半圓球凹模15所需陽(yáng)模并加工；
步驟2采用與制備PDMS平面微凹透鏡負(fù)模11類(lèi)似的模塑法制備出PDMS半圓球凸模13、PDMS半圓球凹模15。其中，第一圓柱臺(tái)12的圓柱直徑為2.2cm，PDMS半圓球凸模13的直徑為Icm ;第二圓柱臺(tái)14的圓柱直徑為2.2cm，PDMS半圓球凹模15直徑為1.7cm，制備的PDMS半圓球凸凹模如圖5、6、7、8所示；
步驟3向PDMS半圓球凹模15中涂覆0.2ml PDMS液體，然后將實(shí)施例1、2、3中制得的PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模11底面與PDMS半圓球凹模15貼合，并在3(T40°C的烘箱中加熱24小時(shí)將其固化粘結(jié)在一起，即制得PDMS曲面微凹透鏡陣列負(fù)模16 ；
步驟4向PDMS曲面微凹透鏡陣列負(fù)模16中注入0.4ml N0A1625光學(xué)膠水，將PDMS半圓球凸凹模輕輕合模。N0A1625光學(xué)膠水是一種高折射率光學(xué)膠水，固化后的折射率為
1.625，無(wú)色、透明，透光率可達(dá)100%，且由于該種光學(xué)膠水用于表面涂層時(shí)會(huì)呈現(xiàn)氧抑制現(xiàn)象，故固化處理時(shí)在充氮的惰性環(huán)境中進(jìn)行；
步驟5將合模后的PDMS模具放入透光的盒子中，然后將盒子內(nèi)充滿氮?dú)獠⒚芊?。?jīng)紫外曝光Ih后，分別將PDMS半圓球凸模13和固化的N0A1625從PDMS曲面微凹透鏡陣列負(fù)模16中揭下，即可制得高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列17，此時(shí)，計(jì)算得曲面微透鏡的曲面基底曲率為2，如圖9、10所示。
[0042]實(shí)施例5
高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列17的制備，具體步驟如下:
步驟I與實(shí)施例4所述步驟I相同； 步驟2采用與制備PDMS平面微凹透鏡負(fù)模11類(lèi)似的模塑法制備出PDMS半圓球凸模13、PDMS半圓球凹模15。其中，第一圓柱臺(tái)12的圓柱直徑為4.4cm，PDMS半圓球凸模13的直徑為2cm ;第二圓柱臺(tái)14的圓柱直徑為4.4cm, PDMS半圓球凹模15直徑為3.4cm ；
步驟3向PDMS半圓球凹模15中涂覆0.5ml PDMS液體，然后將實(shí)施例1、2、3中制得的PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模11底面與PDMS半圓球凹模15貼合，并在3(T40°C的烘箱中加熱24小時(shí)將其固化粘結(jié)在一起，即制得PDMS曲面微凹透鏡陣列負(fù)模16 ；
步驟4向PDMS曲面微凹透鏡陣列負(fù)模16中注入Iml N0A1625光學(xué)膠水，將PDMS半圓球凸凹模輕輕合模。N0A1625光學(xué)膠水是一種高折射率光學(xué)膠水，固化后的折射率為
1.625，無(wú)色、透明，透光率可達(dá)100%，且由于該種光學(xué)膠水用于表面涂層時(shí)會(huì)呈現(xiàn)氧抑制現(xiàn)象，故固化處理時(shí)在充氮的惰性環(huán)境中進(jìn)行；
步驟5與實(shí)施例4中步驟相同，此時(shí)，計(jì)算得曲面微透鏡的曲面基底曲率為I。
[0043]具體實(shí)施過(guò)程中，所選PDMS半圓球凹凸模中的半圓球直徑可以根據(jù)所需曲面微透鏡的曲面基底的曲率改變，即可制得不同曲率曲面基底的曲面微透鏡陣列。
【權(quán)利要求】
1.一種高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步、PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模的制備 1.1制備內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴，出口內(nèi)徑為5?200 μ m ； 1.2對(duì)PP塑料基板進(jìn)行潔凈處理； 1.3驅(qū)動(dòng)內(nèi)構(gòu)雙錐形玻璃微噴嘴，將甘油水溶液按需噴射到PP塑料基板上，得到甘油水溶液微液滴陣列； 1.4將PDMS液體抽真空，去除液體中的氣泡，再緩慢、均勻沉積到甘油水溶液微液滴陣列上，再次抽真空后，放入烘箱內(nèi)3(T40°C下加熱24小時(shí)后，將固化后的PDMS揭下，即制得PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模； 第二步、PDMS曲面微凹透鏡負(fù)模的制備:采用模塑法制備出PDMS半圓球凸凹模，再將PDMS平面微凹透鏡陣列負(fù)模與PDMS半圓球凹模粘結(jié)到一起得到PDMS曲面微凹透鏡負(fù)模； 第三步、高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列的制備:向制得的PDMS曲面微凹透鏡陣列負(fù)模填充N(xiāo)0A1625光學(xué)膠水，將PDMS半圓球凸模與PDMS半圓球凹模合模，經(jīng)紫外曝光I小時(shí)后，將固化的N0A1625光學(xué)膠水從PDMS模具上揭下，即得到高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列制備方法，其特征在于，步驟1.2中所述的PP塑料基板分別采用PP塑料清洗劑與丙酮清洗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列制備方法，其特征在于，步驟1.3中所述的甘油水溶液濃度為50v%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列制備方法，其特征在于，步驟1.3中所述的甘油水溶液微液滴陣列通過(guò)對(duì)液滴微噴射控制參數(shù)與二維工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)協(xié)同控制實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列制備方法，其特征在于，所述的液滴微噴射控制參數(shù)包括提供給壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓波形、驅(qū)動(dòng)電壓幅值和驅(qū)動(dòng)頻率，其中，壓電致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓波形為陡升緩降波形，驅(qū)動(dòng)電壓幅值范圍為1(T80V，驅(qū)動(dòng)頻率范圍為2?20Hz。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列制備方法，其特征在于，二維工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括液滴微陣列的液滴排列方式和液滴間距，其中，液滴排列方式分為正方形排列和正六邊形排列，液滴最小間距為20 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高數(shù)值孔徑曲面微透鏡陣列制備方法，其特征在于，步驟1.4中所述的PDMS液體由PDMS彈性體與固化劑按質(zhì)量比10:1比例混合均勻得到。
【文檔編號(hào)】G02B3/00GK103852816SQ201410122427
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】侯麗雅, 朱曉陽(yáng), 朱麗, 章維一, 楊眉, 王洪成, 李宗安, 何加橋 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)