曲面復(fù)眼透鏡陣列的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)仿生技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種曲面仿生復(fù)眼透鏡陣列的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生物復(fù)眼是由聚集在一起的一簇“小眼”所構(gòu)成，具有體積小、視場角大、靈敏度高、可測速等優(yōu)點，在紅外探測、內(nèi)窺導(dǎo)管、精確制導(dǎo)、照相機等國防、醫(yī)學(xué)及民用工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。目前，科學(xué)工作者們根據(jù)生物復(fù)眼的結(jié)構(gòu)及其成像原理，制造出了許多光學(xué)系統(tǒng)仿生的曲面復(fù)眼微透鏡。制造仿生復(fù)眼透鏡的難點在于如何實現(xiàn)曲面微透鏡陣列制造以及單個透鏡的尺寸達到毫米量級以下，以實現(xiàn)復(fù)眼透鏡大視場、高分辨率的三維復(fù)雜成像。
[0003]He等人利用玻璃微珠沖壓輔助制備了曲面仿生微透鏡陣列，形成單個曲面的直徑為6mm。Jacques采用多軸激光束加工的方法，通過光刻技術(shù)實現(xiàn)曲面微透鏡的制造，該方法需要專用制造設(shè)備，工藝復(fù)雜。Jeong提出了一種基于氣壓輔助微復(fù)型工藝制造曲面微透鏡的方法，可以簡單實現(xiàn)曲面復(fù)眼透鏡的制造，但是在實現(xiàn)透鏡陣列的制備時裝置需要密封。吳昭利用靜電力誘導(dǎo)導(dǎo)電薄膜變形，實現(xiàn)特定的曲面微結(jié)構(gòu)，但是對導(dǎo)電薄膜的制備需要經(jīng)過氧化、濺射、剝離、腐蝕、光刻、拋光等微細加工工藝，工藝過程復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種曲面仿生復(fù)眼透鏡陣列的制備方法，可以實現(xiàn)曲面微透鏡陣列的快速、低成本制造，具有較好的可重復(fù)性與透鏡微結(jié)構(gòu)的可控性。
[0005]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案:一種曲面仿生復(fù)眼透鏡陣列的制備方法，包括以下步驟:
(I)、采用光刻熱熔法在平面基底上制備出平面微透鏡陣列；
⑵、將直徑為I?100 μ m的鐵粉或永磁顆粒按照40%?80%的體積分數(shù)與聚二甲基硅氧烷膠料均勻混合，按照聚二甲基硅氧烷膠料與固化劑質(zhì)量比為8?12:1加入固化劑，充分攪拌后，澆注在平面微透鏡陣列上；用勻膠機進行旋涂，然后水平放置進行固化，即在平面微透鏡陣列上形成一層磁彈薄膜，帶有與微透鏡匹配的凹槽；
⑶、取下磁彈薄膜，帶凹槽的面朝上固定在含有通孔陣列的非磁化基底的一面上；
⑷、在非磁化基底的另一面施加磁場，引起磁彈薄膜在通孔內(nèi)形成凹陷的曲面；
(5)、將UV光固化膠澆注在磁彈薄膜的凹槽面上，并在固化膠上施加玻璃基底，然后置于紫外光下固化，脫模，即可得到曲面仿生復(fù)眼透鏡陣列。
[0006]進一步地，步驟⑵中固化是在電熱恒溫烤箱或室溫環(huán)境下完成的。
[0007]進一步地，步驟⑶中非磁化基底為不銹鋼或銅板材質(zhì)。
[0008]進一步地，步驟⑶中通孔形狀為六邊形、正方形或圓形。
[0009]進一步地，步驟⑶中非磁化基底的厚度為2?3mm。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:通過物理或化學(xué)等手段將磁性顆粒散布于固態(tài)或者凝膠狀的基體中，在外加磁場或零場環(huán)境中固化后形成的新型智能材料，具有制備工藝簡單、價格低廉、韌性好、硬度低、可重復(fù)變形而不發(fā)生永久性破壞，磁場可調(diào)控模量及其變形的特點。在外加磁場的作用下剪切模量相對改變量可達800%以上，并且可以產(chǎn)生多種模態(tài)的形變模式，其變形量隨外磁場的變化而變化，進而廣泛應(yīng)用于智能控制、微驅(qū)動等領(lǐng)域中。
[0011]利用鐵磁顆粒夾雜的柔性薄膜在磁場環(huán)境中的大變形行為，以及變形量可以通過磁場控制的優(yōu)點，提出磁場誘導(dǎo)制備曲面仿生復(fù)眼透鏡的方法，從制作工藝可以看出，該方法具有快速、簡單、低成本、單個透鏡尺寸較小等特點。
【附圖說明】
[0012]圖1至圖8為本發(fā)明的制備過程中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應(yīng)對本發(fā)明的保護范圍有任何的限制作用。
[0014]一種磁場誘導(dǎo)制備曲面仿生復(fù)眼透鏡陣列的方法，包括以下步驟:
1、采用傳統(tǒng)的光刻熱熔法在平面基底上制備出平面微透鏡陣列，微透鏡陣列指一系列直徑在10?140 μ??的小透鏡按一定規(guī)律排列組成的陣列。
[0015]2、將直徑為I?100 μ m的鐵粉或永磁顆粒按照40%?80%的體積分數(shù)與PDMS膠料均勾混合，隨后按照PDMS膠料(polydimethylsiloxane聚二甲基娃氧燒)與固化劑質(zhì)量比為8?12:1加入一定量固化劑，充分攪拌后，澆注在平面微透鏡上，并利用勻膠機進行旋涂，然后水平置于電熱恒穩(wěn)烤箱或室溫環(huán)境中固化，即可在平面微透鏡上形成一層一面上具有微凹槽結(jié)構(gòu)的磁彈薄膜，
3、將微凹槽結(jié)構(gòu)的磁彈薄膜一面朝上固定在含有通孔陣列的非磁化基底上(不銹鋼、銅板等)，其中，通孔的形狀可以是六邊形、正方形或圓形，非磁化基底的厚度為2?3_。
[0016]4、在含有鐵磁薄膜的基底另一面施加磁場強度較高的磁場，通過磁場與鐵磁薄膜的相互作用，引起鐵磁薄膜在孔內(nèi)形成凹陷的曲面。
[0017]5、將UV光固化膠澆注在鐵磁薄膜上，并在固化膠上施加玻璃基底，然后置于紫外光下固化，脫模即可得到曲面微透鏡陣列。
實施例
[0018]一種磁場誘導(dǎo)制備曲面仿生復(fù)眼透鏡陣列的方法，具體過程為:
本實施例中，磁彈薄膜的制備選擇羰基鐵粉夾雜的質(zhì)量分數(shù)為70%，主要是由于夾雜體積分數(shù)較低時，磁彈薄膜在磁化后與外加磁場作用力較小，產(chǎn)生的變形較?。划?dāng)夾雜體積分數(shù)較高時，磁彈薄膜的彎曲剛度增加，也不易變形。
[0019]將SU8或其他光刻膠旋涂在硅、玻璃等其他基底I上；
利用掩膜板對其進行紫外光3刻曝光，顯影后形成一系列直徑為10 μ m的圓柱體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。
[0020]將圓柱體置于160°C的烘箱內(nèi)烘烤20分鐘，在表面張力的作用下，圓柱狀結(jié)構(gòu)會形成一平面微透鏡陣列2，如圖2所示。微透鏡的底面直徑為10 μ m，球冠高度為4 μπι。
[0021]將微米級羰基鐵粉按照質(zhì)量分數(shù)為70%的比例與PDMS膠料均勻混合，隨后按照PDMS膠料與固化劑質(zhì)量比為10:1加入一定量固化劑，充分攪拌后，澆注在平面微透鏡上，并利用勻膠機在200轉(zhuǎn)情形下旋涂30s，然后水平置于電熱恒穩(wěn)烤箱中固化8h，即可在平面微透鏡2上形成一層磁彈薄膜4，如圖3所示。
[0022]磁彈薄膜4固化后脫模，便得到一層一面上具有微凹槽透鏡陣列的磁彈薄膜4，厚度為500 μ m，如圖4所示。
[0023]將具有微凹槽透鏡陣列的磁彈薄膜4的面朝上固定在含有通孔的非磁化基底5上，非磁化基底5含有孔徑為1mm，孔間距為1mm，厚度為Imm通孔陣列的不銹鋼板，如圖5所示。
[0024]在不銹鋼板下方放置一永磁鐵7，在梯度磁場的作用下，磁彈薄膜4在孔內(nèi)形成凹陷的曲面，如圖6所示。
[0025]將SU8澆注在磁彈薄膜4上，并利用玻璃壓平上表面，然后置于紫外光下固化，脫模即可得到曲面微透鏡陣列6。
[0026]通過本工藝方法可以大面積制備曲面復(fù)眼透鏡陣列，所制得的透鏡冠高可達200微米以上。該方法制備的透鏡陣列與孫鴻達用真空輔助制備得到的單個透鏡(弦長1000 μ m，高度300 μ m)尺度相當(dāng)。
[0027]本發(fā)明利用鐵磁顆粒填充軟基體復(fù)合材料作為模具，制備曲面仿生復(fù)眼透鏡陣列具有快速、低成本，較好的可重復(fù)性，同時每個透鏡的大小、形狀可以自由設(shè)計，不受工藝工程的影響。
[0028]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種曲面仿生復(fù)眼透鏡陣列的制備方法，包括以下步驟: (I)、采用光刻熱熔法在平面基底上制備出平面微透鏡陣列； ⑵、將直徑為I?100 μ m的鐵粉或永磁顆粒按照40%?80%的體積分數(shù)與聚二甲基硅氧烷膠料均勻混合，按照聚二甲基硅氧烷膠料與固化劑質(zhì)量比為8?12:1加入固化劑，充分攪拌后，澆注在平面微透鏡陣列上；用勻膠機進行旋涂，然后水平放置進行固化，即在平面微透鏡陣列上形成一層磁彈薄膜，帶有與微透鏡匹配的凹槽； ⑶、取下磁彈薄膜，帶凹槽的面朝上固定在含有通孔陣列的非磁化基底的一面上； ⑷、在非磁化基底的另一面施加磁場，引起磁彈薄膜在通孔內(nèi)形成凹陷的曲面； (5)、將UV光固化膠澆注在磁彈薄膜的凹槽面上，并在固化膠上施加玻璃基底，然后置于紫外光下固化，脫模，即可得到曲面仿生復(fù)眼透鏡陣列。
2.如權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于:步驟⑵中固化是在電熱恒溫烤箱或室溫環(huán)境下完成的。
3.如權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于:步驟⑶中非磁化基底為不銹鋼或銅板材質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于:步驟⑶中通孔形狀為六邊形、正方形或圓形。
5.如權(quán)利要求1所述制備方法，其特征在于:步驟⑶中非磁化基底的厚度為2?3mm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種曲面仿生復(fù)眼透鏡陣列的制備方法。本發(fā)明利用鐵磁顆粒夾雜的柔性薄膜在磁場環(huán)境中的大變形行為，以及變形量可以通過磁場控制的優(yōu)點，提出磁場誘導(dǎo)制備曲面仿生復(fù)眼透鏡的方法，從制作工藝可以看出，該方法具有快速、簡單、低成本、單個透鏡尺寸較小等特點。
【IPC分類】G02B1-14, G02B3-00
【公開號】CN104698516
【申請?zhí)枴緾N201510055202
【發(fā)明人】高偉, 王蘭蘭, 王省哲, 劉紅忠
【申請人】蘭州大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年2月3日