非均一曲面微透鏡陣列的制作及成像分析的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)成像系統(tǒng)，特別是涉及非均一曲面微透鏡陣列的制作及成像分析。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，光學(xué)成像系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于每個(gè)領(lǐng)域，如在制導(dǎo)系統(tǒng)中的應(yīng)用、遙感成像中的應(yīng)用、紅外夜視儀中的應(yīng)用、醫(yī)療器械中的應(yīng)用等，因此人們對(duì)其的要求也不斷提高，希望其朝著體積更小、質(zhì)量更輕、視場(chǎng)角更大的方向發(fā)展。所以仿生復(fù)眼成為現(xiàn)如今人們研究的一個(gè)前沿課題。
[0003]目前，大多數(shù)的仿生復(fù)眼為平面結(jié)構(gòu)，雖然制作工藝簡(jiǎn)單，但不能滿足大視場(chǎng)的要求。為了增大仿生復(fù)眼的視場(chǎng)角和提高邊緣小眼透鏡的成像質(zhì)量，將微透鏡陣列按環(huán)形排列的方式放在曲面基底上。這種結(jié)構(gòu)的制作比較復(fù)雜，通常采用光刻膠熱熔法、激光直寫(xiě)光刻法，這些方法不僅需要較長(zhǎng)的時(shí)間，而且成本較高，成功率低，同時(shí)制作出的曲面仿生復(fù)眼樣品的精度不尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種加工簡(jiǎn)單、成本低、能重復(fù)使用的新型曲面微透鏡陣列的制作及成像分析。
[0005]采用的技術(shù)方案是:
非均一曲面微透鏡陣列的制作及成像分析，包括以下步驟:
步驟一、設(shè)計(jì)出非均一曲面微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)；
步驟二、按照設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)，將用于加工曲面微透鏡陣列模具的金屬材料放在精密微小型機(jī)床上，選擇不同直徑的球頭銑刀，確定粗加工的走刀方式；
步驟三、粗加工完成后，采用針對(duì)每個(gè)小眼單獨(dú)走刀的方式進(jìn)行精加工，進(jìn)而得到曲面微透鏡陣列模具。
[0006]步驟四、在加工好的模具四角加緊固螺栓，底部加一加熱裝置，頂部加工出M5的標(biāo)準(zhǔn)螺栓孔和直徑為1mm的小孔；
步驟五、采用電解拋光的方法將加工好的曲面微透鏡陣列模具進(jìn)行拋光；
步驟六、將液體PDMS (聚二甲基硅氧烷)的本體和固化劑按10:1的比例充分混合，倒入大壓力注射器中，靜置兩小時(shí)，確保里面的氣泡完全排出，然后將液體PDMS緩慢的注入加工好的模具中。在常溫下靜置24小時(shí)，至PDMS完全固化后，用鑷子將PDMS薄膜從模具的邊緣小心的揭下，即可得到曲面微透鏡陣列樣品；
上述的非均一曲面微透鏡陣列為每一組的小眼透鏡的曲率、直徑、冠高、焦距、間隔的角度都不相同，目的是使每一個(gè)小眼透鏡都能很好的聚焦到平面探測(cè)器上。
[0007]上述的非均一曲面微透鏡陣列的模具為呈環(huán)形排布的凹透鏡陣列。
[0008]上述的金屬材料為45號(hào)鋼。
[0009]上述的粗加工走刀方式為體積銑，即分層銑削平行走刀；精加工的走刀方式為整體環(huán)切，即對(duì)每個(gè)小眼透鏡單獨(dú)走刀，以提高小眼透鏡的加工質(zhì)量。
[0010]上述的緊固螺栓是為了使模具更加密封；加熱裝置能提高PDMS的固化速度；M5的標(biāo)準(zhǔn)螺紋孔和直徑為1_小孔的兩者深度為模具上型腔的厚度。
[0011]上述的液體PDMS具有良好的透光性、彈性和化學(xué)惰性，成本低，便于操作，制作出的曲面微透鏡陣列樣品為均勻透明的薄膜，薄膜厚度為1_。
[0012]上述的將氣泡完全排出，是為了防止氣泡影響曲面微透鏡陣列樣品的成像質(zhì)量。
[0013]上述的電解拋光是以被拋工件為陽(yáng)極，不溶性金屬為陰極，兩極同時(shí)浸入到電解槽中，通一直流電而產(chǎn)生有選擇性的陽(yáng)極溶解，從而使工件表面光亮度增大，達(dá)到鏡面效果Ο
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、本發(fā)明采用非均一曲面微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)，與均一曲面微透鏡陣列結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能改善邊緣小眼的成像質(zhì)量，從而使整體的成像質(zhì)量有所提高；
2、本發(fā)明采用的模具澆注的方法制作非均一曲面微透鏡陣列，與傳統(tǒng)的光刻膠熱熔法相比，模具澆注法操作容易、成本低、成功率高、制作的模具能重復(fù)利用，而且PDMS具有良好的透光性、彈性和化學(xué)惰性。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的實(shí)施工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]非均一曲面微透鏡陣列的制作及成像分析，包括下列工藝步驟:
步驟一、設(shè)計(jì)出非均一曲面微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采用環(huán)形排布的方式，且每六個(gè)小眼透鏡都能組成一個(gè)六邊形，這樣設(shè)計(jì)的目的是為了滿足高填充比的要求。非均一是指每一組小眼透鏡的曲率、半徑、焦距、冠高都不相同，從0級(jí)到3級(jí)依次減小，目的是為了使每個(gè)小眼透鏡都能聚焦到平面探測(cè)器上，改善了邊緣小眼透鏡的成像質(zhì)量。
[0018]步驟二、將長(zhǎng)、寬、高分別為100mm、100mm、26mm的金屬材料(1)放在精密微小型機(jī)床上，選擇不同直徑的球頭銑刀，先采用分層銑削平行走刀的方式進(jìn)行粗加工，然后采用整體環(huán)切的方式進(jìn)行精加工，即對(duì)每個(gè)小眼透鏡單獨(dú)走刀，以提高小眼透鏡的加工質(zhì)量，進(jìn)而得到曲面微透鏡陣列的初步模具。
[0019]步驟三、在加工好的初步模具四角加緊固螺栓(2)，目的是在為了提高模具的密封性，避免在注入PDMS時(shí)，出現(xiàn)氣泡；底部加一加熱裝置(5)，目的是為了 PDMS在固化時(shí)提高固化速度；頂部加工出M5的標(biāo)準(zhǔn)螺栓孔(3)和直徑為1mm的小孔(4)，兩孔的深度與上型腔的厚度相同為19.5mm,同時(shí)還要確保兩個(gè)孔在三個(gè)小眼透鏡的中間位置，這是因?yàn)橐后wPDMS可通過(guò)小孔注入模具中時(shí)，會(huì)留下一個(gè)澆道，如果兩孔開(kāi)在上型腔的中間位置，澆道就會(huì)將中間的小眼透鏡遮住，影響小眼的成像質(zhì)量。因此，確定兩孔的位置是非常重要的。
[0020]步驟四、采用電解拋光的方法將加工好的曲面微透鏡陣列模具進(jìn)行拋光。電解拋光是以被拋工件為陽(yáng)極，不溶性金屬為陰極，兩極同時(shí)浸入到電解槽中，通一直流電而產(chǎn)生有選擇性的陽(yáng)極溶解，從而使工件表面光亮度增大，達(dá)到鏡面效果。
[0021]步驟五、將制作好的曲面微透鏡陣列模具用保鮮膜包好，避免與空氣接觸，將鏡面表面氧化。
[0022]步驟六、在澆注前，先用雙氧水將制作的曲面微透鏡陣列模具、燒杯、量筒、大壓力注射器清洗一遍，確保沒(méi)有灰塵。然后將模具表面涂一層脫模劑，使固化成型的樣品能順利的從模具上分離開(kāi)來(lái)，從而得到光滑平整的樣品，并保證模具能多次使用。
[0023]步驟七、用量筒量取4ml的PDMS本體，再量取0.4ml的PDMS固化劑，將量取好的兩種液體倒入燒杯中充分混合，靜置lOmin，排出部分氣泡，然后將混合好的液體倒入大壓力注射器(6)中，將注射器放在超聲波清洗機(jī)中，在超聲波頻率下振動(dòng)40min (因沒(méi)有真空艙抽真空，只能用超聲波清洗機(jī)代替)，排出部分氣泡，然后將注射器從超聲波清洗機(jī)中拿出，在溫度低于20°的環(huán)境下靜置30min(如果溫度過(guò)高，PDMS在氣泡沒(méi)排凈完，就會(huì)出現(xiàn)固化現(xiàn)象)，確保所有的氣泡都排干凈。最后將液體PDMS緩慢的注入加工好的模具中，避免氣泡的產(chǎn)生。將電阻絲放在模具的加熱裝置(5)處，通電后對(duì)已經(jīng)注入PDMS的模具進(jìn)行加熱5小時(shí)或在常溫下靜置24小時(shí)，至PDMS完全固化后，用鑷子將PDMS薄膜從模具的邊緣小心的揭下，即可得到曲面微透鏡陣列樣品(7)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.非均一曲面微透鏡陣列的制作及成像分析，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、設(shè)計(jì)出非均一曲面微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)； 步驟二、按照設(shè)計(jì)好的結(jié)構(gòu)，將用于加工曲面微透鏡陣列模具的金屬材料放在精密微小型機(jī)床上，選擇不同直徑的球頭銑刀，確定粗加工的走刀方式； 步驟三、粗加工完成后，采用針對(duì)每個(gè)小眼單獨(dú)走刀的方式進(jìn)行精加工，進(jìn)而得到曲面微透鏡陣列模具； 步驟四、在加工好的模具四角加緊固螺栓，底部加一加熱裝置，頂部加工出M5的標(biāo)準(zhǔn)螺栓孔和直徑為1_的小孔； 步驟五、采用電解拋光的方法將加工好的曲面微透鏡陣列模具進(jìn)行拋光； 步驟六、將液體PDMS的本體和固化劑按10:1的比例充分混合，倒入大壓力注射器中，靜置兩小時(shí)，確保里面的氣泡完全排出，然后將液體PDMS緩慢的注入加工好的模具中，在常溫下靜置24小時(shí)，至PDMS完全固化后，用鑷子將PDMS薄膜從模具的邊緣小心的揭下，即可得到曲面微透鏡陣列樣品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非均一曲面微透鏡陣列的制作及成像分析，其特征在于所述的非均一曲面微透鏡陣列為每一組的小眼透鏡的曲率、直徑、冠高、焦距、間隔的角度都不相同，目的是使每一個(gè)小眼透鏡都能很好的聚焦到平面探測(cè)器上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非均一曲面微透鏡陣列的制作及成像分析，其特征在于所述的曲面微透鏡陣列模具為呈環(huán)形排布的凹透鏡陣列。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非均一曲面微透鏡陣列的制作及成像分析，其特征在于所述的金屬材料為45號(hào)鋼。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非均一曲面微透鏡陣列的制作及成像分析，其特征在于所述的粗加工走刀方式為體積銑，即分層銑削平行走刀；精加工的走刀方式為整體環(huán)切，即對(duì)每個(gè)小眼透鏡單獨(dú)走刀。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非均一曲面微透鏡陣列的制作及成像分析，其特征在于所述的緊固螺栓是為了使模具更加密封；加熱裝置能提高PDMS的固化速度；M5的標(biāo)準(zhǔn)螺紋孔和直徑為1_小孔的兩者深度為模具上型腔的厚度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非均一曲面微透鏡陣列的制作及成像分析，其特征在于所述的液體PDMS具有良好的透光性、彈性和化學(xué)惰性，制作出的曲面微透鏡陣列樣品為均勻透明的薄膜，薄膜厚度為1mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非均一曲面微透鏡陣列的制作及成像分析，其特征在于所述的將氣泡完全排出，是為了防止氣泡影響曲面微透鏡陣列樣品的成像質(zhì)量。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非均一曲面微透鏡陣列的制作及成像分析，其特征在于所述的電解拋光是以被拋工件為陽(yáng)極，不溶性金屬為陰極，兩極同時(shí)浸入到電解槽中，通一直流電而產(chǎn)生有選擇性的陽(yáng)極溶解，從而使工件表面光亮度增大，達(dá)到鏡面效果。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種非均一曲面微透鏡陣列的制作方法及成像分析。這種方法包括兩部分：采用精密微小型機(jī)床加工出曲面微透鏡陣列模具；利用澆鑄法，將液體PDMS鑄入加工好的曲面微透鏡陣列模型中，制備出曲面微透鏡陣列樣品。相比于均一曲面微透鏡陣列，這種結(jié)構(gòu)能改善邊緣透鏡的成像質(zhì)量，從而提高了整個(gè)曲面微透鏡陣列的成像質(zhì)量。本發(fā)明制作工藝簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的設(shè)備，成本較低，加工出的模型可重復(fù)利用，成功率較高，并且固化后的PDMS具有較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性和較高的透光率。
【IPC分類(lèi)】G02B3/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105425324
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510947673
【發(fā)明人】郝永平, 許馬會(huì), 劉鳳麗
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2015年12月17日