MOEMS器件的硅微透镜阵列制造工艺

开发了一种适于MOEMS器件的基于硅微加工技术的简易的硅微透镜阵列制造工艺。通过光刻胶热熔法与ICPRIE(感应耦合等离子反应离子刻蚀)相结合的方式,实现在硅晶圆上批量生产微透镜阵列。通过多层涂胶的方式以及以2.5℃/min的速率从115℃升温至130℃的热熔工艺,获得口径为2.41 mm、矢高99.9μm的光刻胶微透镜阵列。通过控制ICPRIE的胶与硅的刻蚀选择比达到约1∶1,将光刻胶曲率准确地转移到硅晶圆上。     

基于电场驱动喷射微3D打印的大面积微透镜阵列制造研究

大面积圆形、柱状及梯度折射率微透镜阵列在裸眼3D、光学传感、仿生学、医疗内窥镜等领域具有非常广泛的需求,然而,如何实现大面积多类型微透镜阵列的简单化、低成本、高效率制造是学术界与产业界共同面临的一项挑战性难题。基于电场驱动喷射微3D打印技术,提出了一种可实现大面积多类型微透镜阵列制备的新方法,通过实验揭示了主要工艺参数（电压、气压,打印速度）对制备的不同类型微透镜形貌与质量的影响与规律,利用提出的方法并结合优化的工艺参数,在玻璃基底上分别实现了面积为120 mm×120 mm、100 cm×45 cm的圆形与柱状微透镜阵列的制造,在柔性PET基底上实现了面积为160 mm×160 mm的圆形微透镜阵列的制造,利用电场驱动喷射微3D打印的多层打印模式实现了折射率梯度变化范围为0.1的梯度折射率微透镜阵列的制造。实验结果表明,制备的微透镜阵列具有良好的几何与光学性能,基于电场驱动喷射微3D打印大面积、多类型微透镜阵列制造方法具有效率高、成本低、批量化的显著优势,为大面积多类型微透镜阵列制造提供了一种全新的解决方案。     

微透镜压模阵列一步制造法

介绍制造微透镜压模阵列的新方法，采用聚焦离子束蚀刻（FIBM）将压模阵列制作在一块Si片上，用激光干涉仪测量所制造压模的2－D轮廓和表面粗糙度，最后用压模阵列进行热压花模压，压模和复制件的表面粗糙度分别为2.5nm和8nm。表面粗糙度定义为距粗糙度轮廓中线绝对距离的算术平均值。复制件轮廓能满足实际应用。所测的复制件尺寸与所设计阵列的尺寸相当一致。     

折射微透镜及其阵列加工技术

介绍折射微透镜及其阵列的几种最新加工技术。     

微透镜阵列制作技术研究

详细介绍了光刻胶热熔法、光敏玻璃热成型法、离子交换法、飞秒激光酸刻蚀法等4种比较实用的制作微透镜阵列的方法,阐述了其原理,分析了各自的优缺点。     

新型可控焦距液体透镜阵列

为了提高成像品质,提出了一种新型液体透镜阵列镜头。先将油滴沉入弹性体底部形成具有可控焦距的单个液体平凸透镜,再通过唯一平台实验液体透镜阵列,制作液体透镜阵列。通过控制滴入硅胶基底的硅油液体体积大小,控制单个微透镜的折射面曲率和透镜焦距。通过位移平台,控制阵列中微透镜的排布和个数。透镜阵列制作方法简单且成本低,透镜抗挤压能力强,焦距可控,阵列规整,在制造过程中,可以控制镜头光圈和初始焦距,因此是一种实用性较高的透镜阵列。     

用于复制柱面微透镜阵列的铸塑工艺

在光刻热熔成型以及电铸复制得到的柱面微透镜阵列镍模板基础上,采用铸塑工艺得到了高质量的 PMMA 柱面微透镜阵列。文中介绍了静态铸塑的模具设计、工艺过程、参数控制及测试分析。微透镜阵列面形误差小于0.5μm。光刻热熔技术可分为三个步骤:①光刻胶板在掩模的遮蔽下进行紫外曝光;②对已曝光的光刻胶板进行显影和清洗;③热熔成型。     

用于复制柱面微透镜阵列的铸塑工艺

在光刻热熔成型以及电铸复制得到的柱面微透镜阵列镍模板基础上，采用铸塑工艺得到了高质量的PMMA柱面微透镜阵列。本文介绍了静态铸塑的模具设计、工艺过程、参数控制及测试分析。对柱面微透镜阵列的表面形貌分析表明，铸塑复制的面形误差小于0.5μm．     

微透镜阵列莫尔放大作用及其防伪特征的研究

为了研究微透镜阵列防伪膜的工作原理和防伪作用,首先,从最基本的莫尔条纹相关理论着手,推导出有关莫尔条纹特性的公式;然后,再将微透镜阵列防伪膜的微透镜阵列和微缩文字阵列看作两个具有固定周期的光栅,将莫尔条纹相关公式应用到微透镜阵列防伪膜上,研究了莫尔放大作用和透镜放大作用的匹配问题;最后,通过实验制备出了样品,得到了微透镜阵列防伪膜制备过程中的关键因素。     

微透镜阵列的离子束溅射刻蚀研究

利用扫描电子显微镜(SEM)和表面探针测试,分析了采用离子束溅射刻蚀技术制作的石英微透镜阵列器件的表面微观形貌,讨论了引起微透镜表面缺陷的原因及所采取的改善表面形貌的措施,研究了采用不同层次的光致抗蚀剂微透镜图形的固化技术后,经离子束溅射刻蚀制作出的微透镜阵列器件的表面形貌差异,定性给出了表面探针测试的适用范围,此外还介绍了对所制样品所做的几项主要的处理操作。     

柱面微透镜阵列的精密磨削

柱面微透镜阵列的加工精度要求高,加工效率低,采用具有微细轮廓结构的成形砂轮进行磨削加工能够极大地提高加工效率。为了预测成形砂轮磨削工件的面形误差和表面粗糙度,建立了成形砂轮磨削仿真模型。通过滤波方法分析和模拟微细结构成形砂轮的磨粒突出高度的偏态分布特征,结合实测的砂轮的轮廓形状和跳动完成了整体的空间砂轮的重构,同时建立了砂轮表面磨粒的磨削运动学模型,模拟出工件磨削加工后的表面形貌。最后,开展磨削实验验证了仿真模型的有效性。对比仿真与实验结果可知,面形误差PV值的偏差为5.78%,Ra值的偏差为17.3%,Rz值的偏差为12.9%。该磨削仿真模型能有效预测磨削表面的面形误差和表面粗糙度。     

用酶溶液蚀刻重铬酸凝胶制造折射微透镜阵列

研发了一种用酶溶液蚀刻重铬酸铵凝胶（ADG）制造折射微透镜阵列新方法。通过高精密二元掩模使ADG曝光，ADG曝光部分则发生交联反应。一般来说，水显影后产生的凹凸深度都很浅（〈1μm），所以显影ADG使用蛋白质浓度为0．2％的酶溶液作为显影液，加深了ADG的凹凸深度。在37℃温度下，ADG和酶溶液之间发生生物化学反应，而且由于表面张力，显影后的ADG变成球面结构。介绍加工工艺最佳技术参数。详细讨论酶溶液蚀刻ADG达到深凹凸和ADG凸起的原理。用这工艺制造微透镜阵列，无需昂贵设备和熟练技术，而且耗时少。介绍实验结果，并用轮廓仪和干涉显微镜作了评价。     

微流体数字化技术制备聚合物微透镜阵列

基于微流体数字化技术搭建了聚合物微透镜阵列按需喷射制备实验系统。以UV固化胶为喷射材料,将其按需喷射到镀有疏水化薄膜的玻璃基片上,在界面张力和疏水化效应的作用下,形成平凸状的微液滴,再经紫外光固化后形成微透镜阵列。实验研究了系统参量对稳定微喷射与微透镜直径的影响,稳定微喷射出了黏度值为50×10-3 Pa·s的UV胶,制得了最小直径达25μm的微透镜,进而制备出了直径变异系数C·V达0.64%、焦距均匀性误差为1.7%的15×15微透镜阵列。微透镜在扫描电子显微镜下具有较好的表面形貌,采用白光干涉/轮廓仪(VSI模式)测得其轮廓算术平均偏差Ra为247.99nm(扫描区域:29.4μm×39.3μm),扫描区域轮廓曲线平滑。通过微透镜阵列的成像实验,得到了微透镜阵列所成的清晰实像。实验结果表明,采用微流体数字化技术进行聚合物微透镜阵列的按需喷射制备过程简单、成本低廉、工艺参数稳定;制备的微透镜阵列几何与光学性能优越。     

基于CATIA二次开发的微透镜阵列仿真

汽车灯具的发展日新月异,近年来出现的新型灯种Logo灯逐渐流行。Logo灯可根据客户要求投射出各种图案,其原理是将光源发出的光通过灯内微透镜阵列投射至地面,但由于地面与光源透镜不平行,图像倾斜投影时会产生畸变失真现象,因此光学设计需要对光源图形进行修正才能避免失真。详细介绍如何通过CATIA二次开发对Logo灯的微透镜阵列进行仿真。     

折射型微透镜阵列焦距的测量方法

针对全空间折射型微透镜列阵,从理论和实验上重点探讨了对其焦距的确定,结果表明,所述方法简捷实用,不仅获得了较满意的结果,而且也保证了测量精度。     

基于微透镜阵列的三维数字成像

基于微透镜阵列多视角成像特点, 利用几何光学原理,提出一种对物体进行三维数字成像的重构算法.利用这种算法,对CCD相机捕获到的基元图像阵列进行重构.与传统的利用光学系统对物体进行重构的方法相比,该算法不再受到重构过程中遇到的杂光以及衍射效应等因素的影响,具有实时性好、清晰度高的优点.搭建了基于微透镜阵列的三维数字成像系统实验平台,利用此算法对实验中获得的骰子基元图像阵列进行重构,成功地重构出原始物体的三维立体图像,在理论上和实验上证明了这种重构算法的有效性和可行性,并对实验中影响成像质量的因素进行了分析.     

光刻热熔微透镜阵列的电铸成形复制技术研究

我们运用光刻胶热熔成形的方法,制作了２０×２０ｍｍ的光刻胶折射型微透镜阵列,单元微透镜相对口径为Ｆ／２,单元透镜直径９０μｍ,中心间隔１００μｍ。在此基础上,采用微电铸镍的方法进行成形复制技术的研究,获得了表面图形转移质量和基底性能均良好的镍模板。本文详细讨论了电铸成形技术的工艺参数控制,以及所得的电铸镍板图形质量分析。