一种基于UV激光直写光刻的双胶合微阵列透镜的制备方法与流程

一种基于uv激光直写光刻的双胶合微阵列透镜的制备方法
技术领域
1.本发明涉及微纳光学技术领域，具体涉及一种基于uv激光直写光刻的双胶合微阵列透镜的制备方法。


背景技术：

2.目前，微阵列透镜广泛地应用于生活、工业、科研等各个领域，例如全息投影、coms图像传感器、裸眼3d等。并且，随着超表面的光学器件的兴起，具有期望尺寸的微透镜阵列已经引起了越来越多研究人员的关注。同时，在微阵列透镜应用的大部分领域，我们都期望透过微阵列透镜的像具有更少的色差、像差，并且其具有更小的焦距以便于集成器件的小型化。微阵列透镜的制作方式主要为热回流、微铣技术等，并通过以上方式制造非球面微透镜阵列，从而期望减少图像的色差与像差。
3.然而，目前主要的微阵列透镜的制作方式比较简单，因此对微阵列透镜中各个参数的调控手段比较少，从而进一步限制了基于微阵列透镜的光学成像技术的发展。因此，亟需提出一种可行性高、制作简单、可有效减少微阵列透镜后图像的色差及像差的方法。


技术实现要素：

4.基于此，针对上述技术问题，提供一种基于uv激光直写光刻的双胶合微阵列透镜的制备方法。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.本发明的一种基于uv激光直写光刻的双胶合微阵列透镜的制备方法，包括以下步骤：
7.步骤a：设计好构成双胶合微透镜的单个微透镜的尺寸，将每个所述单个微透镜分解为2个透镜，每个所述透镜的一面均为平面；
8.步骤b：将分解后的每个透镜分别形成为微透镜阵列组，并在每个所述微透镜阵列组旁边形成一组或两组对准标记，并制作相应的灰度图；
9.步骤c：根据所述灰度图基于uv激光直写光刻技术制作微透镜阵列组和相应的对准标记；以及
10.步骤d：通过步骤c中制作好的所述对准标记将制作好的所述微透镜阵列组进行对准，并组成双胶合微阵列透镜。
11.优选地，步骤b中，所述每组对准标记具有3个对准标记，用于微阵列透镜的对准。
12.优选地，所述3个对准标记中，第一个对准标记用于粗对准，第二个对准标记用于水平方向对准，第三个对准标记用于竖直方向对准。
13.优选地，所述对准标记为摩尔条纹。
14.优选地，步骤b中，所述灰度图包括微透镜阵列组的灰度图及对准标记的灰度图。
15.优选地，步骤c进一步包括如下步骤。
16.步骤c1：取一块干净基底，旋涂光刻胶，并进行前烘；
17.步骤c2：将所述灰度图输入uv激光直写设备，制作各微透镜阵列组及其对准标记的模板；
18.步骤c3；运用转运模板制作得到所述微透镜阵列组及其对准标记。
19.优选地，步骤a中还包括对单个微透镜的尺寸进行优化的步骤。
20.本发明的微阵列透镜制备方法简单易行，利用激光直写技术可制造具有任意期望曲度及焦距的双胶合微阵列透镜，操作自由度极高。
附图说明
21.图1为本发明的基于uv激光直写光刻的双胶合微阵列透镜的制备方法的流程图。
22.图2为本发明的基于uv激光直写光刻的双胶合微阵列透镜的透镜分解示意图。
23.图3为本发明的基于uv激光直写光刻的双胶合微阵列透镜及其对准标记的示意图。
24.图4为本发明的利用uv激光直写光刻制作微阵列透镜的制备示意图。
具体实施方式
25.以下将结合说明书附图对本发明的实施方式予以说明。需要说明的是，本说明书中所涉及的实施方式不是穷尽的，不代表本发明的唯一实施方式。以下相应的实施例只是为了清楚的说明本发明专利的发明内容，并非对其实施方式的限定。对于该领域的普通技术人员来说，在该实施例说明的基础上还可以做出不同形式的变化和改动，凡是属于本发明的技术构思和发明内容并且显而易见的变化或变动也在本发明的保护范围之内。
26.如图1所示，本发明的一种基于uv激光直写光刻的双胶合微阵列透镜的制备方法，包括步骤a-步骤d。下面对各步骤进行详细说明。
27.步骤a：设计好构成双胶合微透镜的单个微透镜的尺寸，将每个所述单个微透镜分解为2个透镜，每个所述透镜的一面均为平面。例如，图2中的(a)所示，设计好构成一个双胶合微透镜的两个单个微透镜n1和n2的尺寸。再如图2的(b)所示，将单个微透镜n1和n2分别分解为2个透镜，如图中虚线所示，每个所述透镜的一面均为平面。分解后形成4个透镜a，b，c和d，如图2的(c)所示。其中，单个微透镜n1分解为透镜a和透镜b，单个微透镜n2分解为透镜c和透镜d。从图2的(c)也可以看出，本发明中每个透镜a、b、c、d的一面是平面，之所以进行这样的分解设计，是因为平面既易于uv激光直写光刻制造、模板转运，也易于每个微阵列透镜的拼装。
28.另外，步骤a中还包括对单个微透镜的尺寸进行优化的步骤。例如可以通过fdtd软件对微透镜阵列的衍射光学特性进行仿真。通过优化微透镜阵列的口径，尽量减少衍射效应的产生。
29.步骤b：将分解后的每个透镜分别形成为微透镜阵列组，并在每个所述微透镜阵列组旁边形成一组或两组对准标记，并制作相应的灰度图。如图3所示，图3的(a)中的圆圈为图2的(c)中透镜a的平面图，4个圆圈示意性地表示透镜a的阵列组。图3的(b)中的圆圈为图2的(c)中透镜b的平面图，4个圆圈示意性地表示透镜b的阵列组。图3的(c)中的圆圈为图2的(c)中透镜c的平面图，4个圆圈示意性地表示透镜c的阵列组。图3的(d)中的圆圈为图2的(c)中透镜d的平面图，4个圆圈示意性地表示透镜d的阵列组。这样，对每个透镜分别形成微
透镜阵列组。
30.接着，在每个微透镜阵列组旁边形成一组或两组对准标记。在一个实施例中，微透镜阵列组a、d的旁边形成两组对准标记，分别为a1、a2和d1、d2，微透镜阵列组b、c的旁边形成一组对准标记，分别为b1和c1。所述每组对准标记具有3个对准标记，用于微阵列透镜的对准。具体地，所述3个对准标记中，第一个对准标记用于粗对准，第二个对准标记用于水平方向对准，第三个对准标记用于竖直方向对准。在一个较佳实施例中，所述对准标记为摩尔条纹。本步骤中，微透镜阵列组和对准标记形成后，再形成灰度图，所述灰度图包括微透镜阵列组的灰度图及对准标记的灰度图。也可以在微透镜阵列组或对准标记形成后，分别制作其灰度图。
31.步骤c：根据所述灰度图基于uv激光直写光刻技术制作微透镜阵列组和相应的对准标记。步骤c进一步包括如下步骤：
32.步骤c1：取一块硅片作为基底，用氮气吹干净，在硅片上旋涂s1818光刻胶，并使用匀胶机匀胶，匀胶速度为3000rmp/min。并将硅片进行前烘15分钟，前烘温度为115℃，然后将光刻胶放置在uv激光直写光刻设备的载物台上，并弛豫10min。
33.步骤c2：将所述灰度图输入uv激光直写设备，通uv激光直接光刻技术，对硅片表面的光刻胶进行曝光，曝光功率为50mj/mm2，如图4的(a)所示。再使用s1818显影液对曝光后的光刻胶进行显影，制作获得相应的微透镜阵列组及其对准标记的模版，如图4的(b)所示。
34.步骤c3：将步骤c2中获得微透镜阵列组其对准标记的模版作为母版，运用转运模版制作得到所述微透镜阵列组a、b、c、d及其对准标记，分别如图4的(c)和(d)所示。图4的(c)中示意微透镜阵列组a、b，其材料为pmma；图4的(d)中示意微透镜阵列组c、d，其材料为polycarb。通过不同的材料可以制作出不同折射率的微阵列透镜。
35.最后是步骤d：通过步骤c中制作好的所述对准标记将制作好的所述微透镜阵列组进行对准，并组成双胶合微阵列透镜。具体地，首先用图2的(a)中a1组摩尔条纹和图2的(b)中b1组摩尔条纹对微阵列透镜a和b进行对准及胶合。然后，用图2的(c)中c1组摩尔条纹和图2的(d)中d1组摩尔条纹对微阵列透镜c和d进行对准及胶合。最后，用图2的(a)中a2组摩尔条纹和图2的(d)中d2组摩尔条纹对2个微阵列透镜组进行对准及胶合，从而形成双胶合微阵列透镜。
36.本发明提出的制备方法，技术原理简单可行，实现了一种基于uv激光直写光刻的双胶合微阵列透镜的制备。另外，本发明方法通过制备多层微阵列透镜，并对它们进行拼接胶合，可有效地实现对透镜像的像差及色差的减小。
37.综上所述，本发明公开了一种基于uv激光直写光刻的双胶合微阵列透镜的制备方法，该方法原理简单易行，加工成本低，为进一步提高微透镜成像质量提供了有效途径。
38.但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。