本發(fā)明涉及一種光學(xué)器件制作技術(shù)，特別涉及一種可控焦距液體透鏡陣列的制作方法。

背景技術(shù)：

可控焦距陣列透鏡在光伏電池，微流體裝置，三維成像，單分子成像，人造復(fù)眼和光耦合器件等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)微透鏡陣列一部分是通過微切除的方法制作，如激光燒蝕和離子束切割等。這種切除方法，通過在三維模型上進行雕刻，從而產(chǎn)生微透鏡陣列。但通過這種激光燒蝕和離子束切割的方式制作的微透鏡陣列，在材料擁有較高的光滑度時，難以去除級聯(lián)，造成微透鏡折射面的不光滑。因此，此種方法制作出來的微透鏡陣列，難以用于高精確度光學(xué)系統(tǒng)之中。

此外，噴墨打印技術(shù)，激光誘導(dǎo)聚合物溶脹技術(shù)以及熱回流技術(shù)也同樣是傳統(tǒng)制作微透鏡陣列的方法。這些技術(shù)雖然可以制作較高光滑度的透鏡折射面，但它們都成本高昂。這些方法制作的透鏡陣列，其透鏡的折射率可控，但都受限與入瞳大小和入瞳距。這些傳統(tǒng)方法制作出的透鏡，在設(shè)定特定焦距的時候，將不可避免的影響微透鏡的入瞳參數(shù)。由于上述原因，這些方法制作出來的微透鏡陣列，使用范圍有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對現(xiàn)有的微透鏡陣列制作技術(shù)中存在的問題，提出了一種可控焦距液體透鏡陣列的制作方法，是一種表面光滑度高，陣列微透鏡焦距可控，透鏡焦距與入瞳參數(shù)無關(guān)的微透鏡制作方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種可控焦距液體透鏡陣列的制作方法，具體包括如下步驟：

1）配置硅膠基底：

采用聚二甲基硅氧烷PDMS混合液作為基底，硅膠基料與固化劑按照質(zhì)量比10：1進行配制，兩者按量混合后，充分攪拌5分鐘，使混合液濃度均勻；

2）抽真空：

首先，將配置好的PDMS基底，放入真空箱中，反復(fù)抽真空，直到混合硅膠基底液中無明顯氣泡為止，將基底拿出，放在水平試驗臺上；

然后，使用注射器抽取一定體積的硅油液體，放入真空箱中，抽取硅油液體中的氣泡，抽真空完成后，將注射器固定在可調(diào)流速的注射泵上，潤濕導(dǎo)管，準備滴液；

3）調(diào)控透鏡初始焦距

抽真空后的PDMS基底置于微米級二維水平位移平臺上，注射器固定在可調(diào)流速的注射泵上，注射器出口通過導(dǎo)管伸至PDMS基底上方，根據(jù)所需透鏡焦距，選擇合適孔徑的出液針頭連接在導(dǎo)管末端，在設(shè)定范圍內(nèi)，所選針頭孔徑越大，通過針頭滴出的單個油滴質(zhì)量越大，得到的為微透鏡折射面曲率越大，焦距越長；

4）平凸-液體透鏡陣列制作：

注射器出口通過導(dǎo)管伸至PDMS基底上方，導(dǎo)管末端連接出液針頭，調(diào)整水平位移平臺與可控流速的注射泵之間的相對位置，調(diào)整注射泵注射速率，使滴液速率與位移平臺移動速度相適應(yīng)，根據(jù)設(shè)定的陣列個數(shù)和方向，調(diào)整位移平臺，進行滴液，直至滴液完成后，關(guān)閉注射泵，靜置10分鐘；

5）加熱固化：

將陣列完成后的硅膠基底，平穩(wěn)放置在恒溫加熱箱中，設(shè)置溫度為80攝氏度，恒溫烘烤時間2小時，完成制作。

所述步驟4）由下面步驟代替實現(xiàn)雙凸液體透鏡陣列制作，將PDMS硅膠基底，放置到恒溫加熱箱中，設(shè)置溫度為40攝氏度，恒溫烘烤40分鐘，烘烤完成后，將烘烤后PDMS基底置于微米級二維水平位移平臺上，注射器固定在可調(diào)流速的注射泵上，注射器出口通過導(dǎo)管伸至PDMS基底上方，調(diào)整注射泵注射速率，使其與位移平臺陣列移動速度相適應(yīng)，根據(jù)設(shè)定的陣列個數(shù)和方向，調(diào)整位移平臺，進行滴液。直至滴液完成后，關(guān)閉注射泵，靜置10分鐘。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明可控焦距液體透鏡陣列的制作方法，可適用于更大面積的液體微透鏡陣列的制備。制作周期短，制作成本低，制作方法簡便。本發(fā)明的成品，抗擠壓能力強，焦距可控，陣列規(guī)整。本發(fā)明可實現(xiàn)透鏡焦距可控，反應(yīng)速度快，成像品質(zhì)優(yōu)良。本發(fā)明可廣泛適用于光伏電池，微流體裝置，三維成像，單分子成像，人造復(fù)眼和光耦合器件等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法制作出的平凸透鏡陣列結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明方法制作出的雙凸透鏡陣列結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明可控焦距液體透鏡陣列的制作方法的制作裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明方法制作出的單個平凸透鏡結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；

圖5為本發(fā)明方法制作出的單個雙凸透鏡結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

具體實施方式

本發(fā)明實施例所提供的兩種可控焦距液體透鏡的陣列制作方法，液體透鏡的焦距由滴入硅油的質(zhì)量決定。制作可控焦距液體透鏡陣列的基底是一種硅膠混合液，通過加熱可形成彈性固體。通過控制制作溫度，控制透鏡平凸或雙凸形狀。通過二維位移平臺，控制陣列透鏡的個數(shù)和方向。

本發(fā)明實施例中，由于硅油和硅膠的折射率不同，光線進入陣列透鏡時會光路會發(fā)生改變，形成透鏡。

本發(fā)明實施例中，由于硅油的密度高于硅膠基底液的密度，將硅油液滴滴入基底液后，硅油液滴會發(fā)生下沉，形成透鏡折射面。通過控制溫度，可以控制硅油液滴下沉程度。硅油液滴下沉至硅膠基底底部時，透鏡上表面為曲面下表面為平面，用于制作平凸透鏡陣列，如圖1所示；硅油液滴下沉至硅膠基底中部時，透鏡上下表面均為曲面，用于制作雙凸透鏡陣列，如圖2所示。

本發(fā)明實施例中，使用二維位移平臺，減少陣列制作過程中產(chǎn)生的誤差。

本發(fā)明實施例，具體實施過程如下：

1、配置硅膠基底：

實驗采用PDMS（聚二甲基硅氧烷）混合液作為實驗用基底。硅膠基料與固化劑按照質(zhì)量比10：1進行配制。兩者按量混合后，充分攪拌5分鐘，使混合液濃度均勻。

2、抽真空：

1）將配置好的PDMS基底，放入真空箱中，反復(fù)抽真空，直到混合硅膠基底液中無明顯氣泡為止。將基底拿出，放在水平試驗臺上；

2）使用注射器抽取一定體積的硅油液體，放入真空箱中，抽取硅油液體中的氣泡，抽真空完成后，將注射器固定在可調(diào)流速的注射泵上，潤濕導(dǎo)管，準備滴液。

3、調(diào)控透鏡初始焦距

根據(jù)所需透鏡焦距，選擇合適孔徑的出液針頭連接在導(dǎo)管末端。在一定范圍內(nèi)，所選針頭孔徑越大，通過針頭滴出的單個油滴質(zhì)量越大，得到的為微透鏡折射面曲率越大，焦距越長。由此，通過選擇不同孔徑的針頭，調(diào)控透鏡的初始焦距。

4、制作透鏡陣列：

1）平凸液體透鏡陣列制作：

如圖3所示制作裝置結(jié)構(gòu)示意圖，抽真空后的PDMS基底置于微米級二維水平位移平臺上，注射器固定在可調(diào)流速的注射泵上，注射器出口通過導(dǎo)管伸至PDMS基底上方，導(dǎo)管末端連接出液針頭，調(diào)整出液針頭與PDMS基底相對位置知道合適為止。調(diào)整水平位移平臺與可控流速的注射泵之間的相對位置直到合適為止。調(diào)整注射泵注射速率，使滴液速率與位移平臺移動速度相適應(yīng)。根據(jù)設(shè)定的陣列個數(shù)和方向，調(diào)整位移平臺，進行滴液。直至滴液完成后，關(guān)閉注射泵，靜置10分鐘。

2）雙凸液體透鏡陣列制作：

將PDMS硅膠基底，放置到恒溫加熱箱中，設(shè)置溫度為40攝氏度，恒溫烘烤40分鐘。烘烤完成后，如圖3所示制作裝置結(jié)構(gòu)示意圖，將烘烤后PDMS基底置于微米級二維水平位移平臺上，注射器固定在可調(diào)流速的注射泵上，注射器出口通過導(dǎo)管伸至PDMS基底上方，調(diào)整注射泵注射速率，使其與位移平臺陣列移動速度相適應(yīng)。根據(jù)設(shè)定的陣列個數(shù)和方向，調(diào)整位移平臺，進行滴液。直至滴液完成后，關(guān)閉注射泵，靜置10分鐘。

5、加熱固化：

將陣列完成后的硅膠基底，平穩(wěn)放置在恒溫加熱箱中。設(shè)置溫度為80攝氏度，恒溫烘烤時間2小時。

制作完成的平凸透鏡陣列如圖1所示，單個平凸透鏡側(cè)視圖如圖4所示；制作完成的雙凸透鏡陣列如圖2所示，單個雙凸透鏡側(cè)視圖如圖5所示。