一种具有疏水功能的微透镜阵列及其制备方法

1.本发明属于光学器件领域，涉及一种微纳光学芯片制备，具体涉及一种具有疏水功能的微透镜阵列及其制备方法。


背景技术：

2.微透镜阵列作为一种光学传感微纳期间已经成功的应用在了ar、vr等方面。特别是随着元宇宙的兴起，微透镜阵列已经成为了虚拟成像中必不可少的关键环节。同时，微透镜阵列也应用在其他领域如军事，工业控制等。这些苛刻的应用环境对器件的运行会产生很大影响，比如起雾等等。为了减少光学器件即微透镜阵列表面的雾气，需要其表面增加了疏水结构，从而使其具有防雾功能，然后直接在透镜上增强疏水结构会影响本身的功能，因此急需一种能够提高疏水性又不影响透镜功能的疏水结构。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的是提出了一种具有疏水功能的微透镜阵列及制备方法，利用仿生学原理，在每个透镜四周均设有若干微米级凸起作为疏水结构，使得微透镜阵列具有疏水性。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
5.一种具有疏水功能的微透镜阵列，包括透明基底和加工于透明基底上的阵列透镜，其特征在于：所述阵列透镜的每个透镜四周均设有若干微米级凸起作为疏水结构，所述微米级凸起的高度高于透镜。
6.本发明利用高度高于透镜的微米级凸起作为仿生结构，使得水接触到微透镜阵列由于表面张力作用，被托在微米级凸表面，无法接触透镜上，从而达到超疏水的目的。
7.本发明还提供一种所述具有疏水功能的微透镜阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.s1、在临时基板上匀涂光刻胶，所述光刻胶的厚度大于微米级凸起的高度；
9.s2、将光刻胶放置在热板上，进行前烘；
10.s3、根据具有疏水功能的微透镜阵列的结构建立激光直写图案，按照激光直写图案，利用激光直写技术对光刻胶进行图案化曝光；
11.s4、将曝光后的光刻胶进行显影，并对显影后的光刻胶图案进行烘烤；
12.s5、利用纳米压印技术，通过2次转印，将光刻胶图案转印到透明基底上，并对转印后的透明基底表面进行硅烷化疏水处理，得到具有疏水功能的微透镜阵列。
13.优先的，所述临时基板为玻璃板，在使用前采用等离子清洗机进行清洗。
14.优先的，所述透明基底为pdms。
15.优先的，步骤s1中，所述光刻胶采用旋涂法涂覆，涂覆结束后静止20-60min，通过多次涂覆使得厚度满足要求。
16.本发明有益效果如下：
17.本发明一种超疏水结构的微透镜阵列，使得本发明能够使微透镜成像器件适用于高湿度环境。也可以经过短时间的浸泡与水滴冲击，即适用于雨天环境。这大大提高了微透镜阵列的应用范围，本发明的微透镜阵列从物理仿生的角度进行设计，使得本发明设计的超疏水结构对于微透镜阵列本身的功能没有影响。
附图说明
18.图1为本发明实施例中具有疏水功能的微透镜阵列俯视示意图。
19.图2为本发明实施例中具有疏水功能的微透镜阵列侧视示意图。
20.图3为本发明实施例中具有疏水功能的微透镜阵列制备流程示意图，其中，图3(a)为涂覆光刻胶示意图，图3(b)为激光直写示意图，图3(c)为对光刻胶进行显影得到光刻胶图案示意图，图3(d)为将光刻胶图案转移到透明基底上示意图。
21.1-透明基底，2-透镜，3-微米级凸起，4-玻璃基板，5-光刻胶，6-光刻胶图案。
具体实施方式
22.以下结合具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限定本发明的范围。
23.如图1和图2所示，本发明提供一种具有疏水功能的微透镜阵列，包括透明基底1和加工于透明基底1上的阵列透镜，所述阵列透镜的每个透镜2四周均设有若干微米级凸起3作为疏水结构，所述微米级凸起3的高度高于透镜。
24.作为一种优选实施例，所述阵列透镜的每个透镜直径为80-160微米，通过该直径的透镜使得微透镜阵列效果更好。
25.作为一种优选实施例，所述阵列透镜采用规则的行列阵列，相邻行、列之间中心距离为透镜2直径的2.1-5倍，既能达到良好的透镜效果，又便于设置疏水结构。
26.需要说明的是阵列透镜中，相邻行之间距离和列之间距离可以相同也可以不同，具体可以根据阵列透镜的用途进行调整。
27.作为一种优选实施例，作为疏水结构的凸起为柱状凸起，所述柱状凸起等效直径为1-80微米，等效长径比为2-20，最优的为3-8；通过该尺寸的凸起能够起到超疏水仿生效果，达到疏水的目的。
28.作为一种优选实施例，所述微米级凸起3的高度为透镜高度的2-5倍。
29.作为一种优选实施例，所述柱状凸起的截面为圆形、椭圆形以及多边形中的任意一种，这些形状不仅容易制作，而且疏水效果好，并且对透镜阵列没有干扰；多边形中最优的为正多边形。
30.作为一种优选实施例，每个透镜四周均设有3-5个微米级凸起3。
31.最优的，在行列式阵列透镜中，每个透镜的四个方位，每个角设置一个，即，每个透镜2四周有四个微米级凸起3，每个微米级凸起3四周有四个透镜2，如此往复形成规则阵列单元。
32.作为一种优选实施例，所述透明基底1为pdms(聚二甲基硅氧烷)。
33.如图3所示，本发明还提供一种具有疏水功能的微透镜阵列的制备方法，步骤如下：
34.a)首先用等离子清洗机对作为临时基板的玻璃表面进行清洗。
35.b)如图3(a)所示，在玻璃基板4上匀涂光刻胶5，离心速度为800rpm，离心时间20s，并静止30min。
36.将涂有光刻胶的玻璃基板4放置在90
°
热板上，放置25min；之后按照相同方法进行第二层胶的涂抹，如此重复直至光刻胶5的厚度满足要求设计要求，即大于微米级凸起3的高度。
37.c)将期望形貌的具有疏水功能的微透镜阵列的灰度图输入进电脑中或者根据微透镜阵列结构设计图形导入电脑中，示意图如图1所示。其中圆圈为微透镜，黑色的点为疏水结构。
38.d)如图3(b)所示，利用激光直写技术对光刻胶5进行曝光，光斑设置为800nm，步长为400nm。
39.e)运用显影液对曝光后的光刻胶5显影，显影时间控制为8min，得到微透镜阵列显影图案，如图3(c)所示，。
40.f)将显影后的光刻胶图案6放置在90
°
热台上，放置时间为40s，进行烘干。
41.g)如图3(d)所示，通过纳米压印技术，通过2次转印，将光刻胶图案6转印到透明基底1上。
42.h)对转印后的透明基底1表面进行硅烷化疏水处理，得到具有疏水功能的微透镜阵列。
43.对将水珠滴在加工好的微透镜阵列进行接触角测试，得到接触角为153
°
，可知其为超疏水结构。
44.以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。