本發(fā)明涉及雙面復(fù)眼透鏡成像晶片及其制備工藝。

背景技術(shù)：

透鏡是一種人們非常熟悉的光學(xué)元件，通常的透鏡體積比較大，人眼能看得到，屬于折射型光學(xué)元件，遵循折射定律，用幾何光學(xué)的知識(shí)就能很好地研究它們的光學(xué)性質(zhì)。

復(fù)眼透鏡是由一系列小透鏡組合形成，將雙排復(fù)眼透鏡陣列應(yīng)用于照明系統(tǒng)可以獲得高的光能利用率和大面積的均勻照明。復(fù)眼透鏡在微顯示器及投影顯示領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。利用雙排復(fù)眼透鏡陣列實(shí)現(xiàn)均勻照明的關(guān)鍵在于提高其均勻性和照明亮度。

微透鏡陣列(復(fù)眼透鏡)作為一種重要的光學(xué)元件，具有體積小、重量輕、集成度高的特點(diǎn)，采用微注塑成型工藝，對(duì)于單個(gè)微透鏡元件，無(wú)論是半徑偏差、球高偏差、間距偏差還是表面粗糙度，都能刷新到一個(gè)前所未有的水平，將微透鏡曲率半徑偏差控制在3％，矢高控制在±1μm的高水平，同時(shí)將微透鏡技術(shù)與光學(xué)系統(tǒng)深度結(jié)合，將led模組與微透鏡陣列器件相結(jié)合，應(yīng)用到汽車(chē)燈具中，實(shí)現(xiàn)精確照明和成像圖形，為汽車(chē)照明智能化和個(gè)性化奠定基礎(chǔ)。

但是目前市場(chǎng)上的復(fù)眼透鏡存在以下不足之處：1、建筑或汽車(chē)等用的迎賓燈、地毯等投影燈，多數(shù)圖形光照均一性很差和強(qiáng)度不夠；2、現(xiàn)有成像圖形部分沒(méi)有和透微鏡整列(復(fù)眼透鏡)集成一體，光學(xué)系統(tǒng)不穩(wěn)定，同時(shí)，投影應(yīng)用是兩個(gè)獨(dú)立的復(fù)眼透鏡要占據(jù)更多的空間，同時(shí)提高安裝難度，影響投影效果，特別是微納級(jí)別的成像。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題做出改進(jìn)，即本發(fā)明的第一目的在于公開(kāi)了雙面復(fù)眼透鏡成像晶片。本發(fā)明的第二個(gè)目的在于公開(kāi)雙面復(fù)眼透鏡成像晶片的制備工藝。

技術(shù)方案：雙面復(fù)眼透鏡成像晶片，包括透明基底，在所述透明基底的一側(cè)通過(guò)微納光刻的方式設(shè)有圖形層，在所述圖形層的外側(cè)通過(guò)注塑的方式設(shè)有第一微透鏡陣列，在所述透明基底的另一側(cè)通過(guò)注塑的方式設(shè)有第二微透鏡陣列。

進(jìn)一步地，所述透明基底為玻璃基底、石英基底、pmma基底、聚碳酸酯基底和環(huán)烯烴類(lèi)共聚物基底中的一種。

雙面復(fù)眼透鏡成像晶片的制備工藝，包括以下步驟：

(1)制備微透鏡陣列模芯；

(2)預(yù)處理

(21)先將透明基底置于丙酮中超聲清洗10～20分鐘后取出；

(22)再將透明基底置于異丙醇中超聲清洗10～20分鐘后取出；

(23)再將透明基底置于去離子水中超聲清洗10～20分鐘后取出；

(24)將透明基底用惰性氣體或氮?dú)獯蹈?，然后?0～120℃的烘箱中烘干，備用；

(3)制備圖形層

(31)真空鍍膜

在步驟(2)得到的透明基底的一側(cè)通過(guò)電子束蒸鍍?cè)O(shè)備以磁控濺射的方式鍍一遮光材料層；

(32)光刻圖形化

在遮光材料層的外側(cè)均勻布設(shè)0.4～4um的光刻膠層，并將其在紫外光刻機(jī)上進(jìn)行紫外曝光4～8s，然后在顯影液中顯影后取出，進(jìn)入步驟(33)；

(33)通過(guò)惰性氣體或氮?dú)鈱⑼该骰状蹈桑?/p>

(34)通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備在透明基底的光刻膠層上刻蝕出需要的圖形層；

(35)通過(guò)氧等離子體去掉透明基底中多余的光刻膠層；

(4)將步驟(3)中的透明基底置于做好微透鏡陣列模芯的高速注塑機(jī)上，在透明基底的兩側(cè)加工注塑出第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列，得到雙面復(fù)眼透鏡成像晶片。

進(jìn)一步地，步驟(1)中采用精密加工車(chē)床做出微透鏡陣列模芯，或通過(guò)材料激光干涉方式做出模型后復(fù)制成ni基金屬模芯，或采用光刻后回流法做出需要的母版再?gòu)?fù)制成ni基金屬模芯。

進(jìn)一步地，步驟(31)中遮光材料層為金屬鈦層或氧化鈦層或金屬鉻層或氧化鉻層或金屬鋁層或氧化鋁層或au層或氧化金層。

更進(jìn)一步地，步驟(31)中所述遮光材料層的厚度為100～1000nm。

進(jìn)一步地，步驟(4)中，在透明基底的兩側(cè)同時(shí)加工注塑出第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列。

進(jìn)一步地，步驟(4)中，在透明基底的一側(cè)先加工注塑出第一微透鏡陣列或第二微透鏡陣列，再在透明基底的另一側(cè)加工注塑出第二微透鏡陣列或第一微透鏡陣列。

有益效果：本發(fā)明公開(kāi)的雙面復(fù)眼透鏡成像晶片及其制備工藝具有以下有益效果：

1、提高圖形光照均一性和強(qiáng)度；

2、提供成像勻光一體化器件和制備工藝，使光學(xué)系統(tǒng)更穩(wěn)定，同時(shí)，投影應(yīng)用是兩個(gè)獨(dú)立的復(fù)眼透鏡要占據(jù)更多的空間，這樣減小了系統(tǒng)空間和安裝難度；

3、同時(shí)本專(zhuān)利也提供了一種低成本，高效生產(chǎn)雙面微透鏡陣列的工藝方式；

4、將微透鏡陣列應(yīng)用于研究、設(shè)計(jì)和制備與光學(xué)系統(tǒng)結(jié)合，最終形成精確照明和圖形成像顯示效果，提出的該技術(shù)應(yīng)用到汽車(chē)行業(yè)，利用精確照明和圖形成像顯示效果，應(yīng)用到汽車(chē)大燈、地毯燈、尾燈、內(nèi)飾燈的中，是汽車(chē)照明智能化和個(gè)性化的基礎(chǔ)，具有很廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明公開(kāi)的雙面復(fù)眼透鏡成像晶片的立體示意圖；

圖2為本發(fā)明公開(kāi)的雙面復(fù)眼透鏡成像晶片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中a-a面的剖視圖；

圖4為微透鏡陣列的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明公開(kāi)的雙面復(fù)眼透鏡成像晶片的成像圖形；

圖6為雙面復(fù)眼透鏡成像晶片的成像原理示意圖；

圖7為雙面復(fù)眼透鏡成像晶片的成像模擬的示意圖；

其中：

1-第一微透鏡陣列2-圖形層

3-透明基底4-第二微透鏡陣列

具體實(shí)施方式：

下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式詳細(xì)說(shuō)明。

具體實(shí)施例1

如圖1-4所示，雙面復(fù)眼透鏡成像晶片，包括透明基底3，在透明基底3的一側(cè)通過(guò)微納光刻的方式設(shè)有圖形層2，在圖形層2的外側(cè)通過(guò)注塑的方式設(shè)有第一微透鏡陣列1，在透明基底3的另一側(cè)通過(guò)注塑的方式設(shè)有第二微透鏡陣列4。

進(jìn)一步地，透明基底3為玻璃基底。

雙面復(fù)眼透鏡成像晶片的制備工藝，包括以下步驟：

(1)制備微透鏡陣列模芯；

(2)預(yù)處理

(21)先將透明基底置于丙酮中超聲清洗10分鐘后取出；

(22)再將透明基底置于異丙醇中超聲清洗10分鐘后取出；

(23)再將透明基底置于去離子水中超聲清洗10分鐘后取出；

(24)將透明基底用氮?dú)獯蹈?，然后?0℃的烘箱中烘干，備用；

(3)制備圖形層

(31)真空鍍膜

在步驟(2)得到的透明基底的一側(cè)通過(guò)電子束蒸鍍?cè)O(shè)備以磁控濺射的方式鍍一遮光材料層；

(32)光刻圖形化

在遮光材料層的外側(cè)均勻布設(shè)0.4um的光刻膠層，并將其在紫外光刻機(jī)上進(jìn)行紫外曝光4s，然后在顯影液中顯影后取出，進(jìn)入步驟(33)；

(33)通過(guò)惰性氣體(氬氣)將透明基底吹干；

(34)通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備在透明基底的光刻膠層上刻蝕出需要的圖形層；

(35)通過(guò)氧等離子體去掉透明基底中多余的光刻膠層；

(4)將步驟(3)中的透明基底置于做好微透鏡陣列模芯的高速注塑機(jī)上，在透明基底的兩側(cè)加工注塑出第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列，得到雙面復(fù)眼透鏡成像晶片。

進(jìn)一步地，步驟(1)中采用精密加工車(chē)床做出微透鏡陣列模芯。

進(jìn)一步地，步驟(31)中遮光材料層為金屬鈦層。

更進(jìn)一步地，步驟(31)中遮光材料層的厚度為100nm。

進(jìn)一步地，步驟(4)中，在透明基底的兩側(cè)同時(shí)加工注塑出第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列。

圖4中圖形可以是上下全部對(duì)應(yīng)的相同的球面，也可以是六邊形，非球面曲線。成像圖形這可根據(jù)實(shí)際需要和應(yīng)用對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)。

圖5為本發(fā)明公開(kāi)的雙面復(fù)眼透鏡成像晶片的成像圖形，圖6為雙面復(fù)眼透鏡成像晶片的成像原理示意圖，圖7為雙面復(fù)眼透鏡成像晶片的成像模擬的示意圖。

具體實(shí)施例2

雙面復(fù)眼透鏡成像晶片，包括透明基底3，在透明基底3的一側(cè)通過(guò)微納光刻的方式設(shè)有圖形層2，在圖形層2的外側(cè)通過(guò)注塑的方式設(shè)有第一微透鏡陣列1，在透明基底3的另一側(cè)通過(guò)注塑的方式設(shè)有第二微透鏡陣列4。

進(jìn)一步地，透明基底3為石英基底。

雙面復(fù)眼透鏡成像晶片的制備工藝，包括以下步驟：

(1)制備微透鏡陣列模芯；

(2)預(yù)處理

(21)先將透明基底置于丙酮中超聲清洗20分鐘后取出；

(22)再將透明基底置于異丙醇中超聲清洗20分鐘后取出；

(23)再將透明基底置于去離子水中超聲清洗20分鐘后取出；

(24)將透明基底用氮?dú)獯蹈?，然后?20℃的烘箱中烘干，備用；

(3)制備圖形層

(31)真空鍍膜

在步驟(2)得到的透明基底的一側(cè)通過(guò)電子束蒸鍍?cè)O(shè)備以磁控濺射的方式鍍一遮光材料層；

(32)光刻圖形化

在遮光材料層的外側(cè)均勻布設(shè)4um的光刻膠層，并將其在紫外光刻機(jī)上進(jìn)行紫外曝光8s，然后在顯影液中顯影后取出，進(jìn)入步驟(33)；

(33)通過(guò)惰性氣體(氦氣)將透明基底吹干；

(34)通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備在透明基底的光刻膠層上刻蝕出需要的圖形層；

(35)通過(guò)氧等離子體去掉透明基底中多余的光刻膠層；

(4)將步驟(3)中的透明基底置于做好微透鏡陣列模芯的高速注塑機(jī)上，在透明基底的兩側(cè)加工注塑出第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列，得到雙面復(fù)眼透鏡成像晶片。

進(jìn)一步地，步驟(1)通過(guò)材料激光干涉方式做出模型后復(fù)制成ni基金屬模芯。

進(jìn)一步地，步驟(31)中遮光材料層為氧化鈦層。

更進(jìn)一步地，步驟(31)中遮光材料層的厚度為1000nm。

進(jìn)一步地，步驟(4)中，在透明基底的一側(cè)先加工注塑出第一微透鏡陣列，再在透明基底的另一側(cè)加工注塑出第二微透鏡陣列。

具體實(shí)施例3

雙面復(fù)眼透鏡成像晶片，包括透明基底3，在透明基底3的一側(cè)通過(guò)微納光刻的方式設(shè)有圖形層2，在圖形層2的外側(cè)通過(guò)注塑的方式設(shè)有第一微透鏡陣列1，在透明基底3的另一側(cè)通過(guò)注塑的方式設(shè)有第二微透鏡陣列4。

進(jìn)一步地，透明基底3為pmma基底。

雙面復(fù)眼透鏡成像晶片的制備工藝，包括以下步驟：

(1)制備微透鏡陣列模芯；

(2)預(yù)處理

(21)先將透明基底置于丙酮中超聲清洗15分鐘后取出；

(22)再將透明基底置于異丙醇中超聲清洗15分鐘后取出；

(23)再將透明基底置于去離子水中超聲清洗15分鐘后取出；

(24)將透明基底用惰性氣體(氖氣)吹干，然后在100℃的烘箱中烘干，備用；

(3)制備圖形層

(31)真空鍍膜

在步驟(2)得到的透明基底的一側(cè)通過(guò)電子束蒸鍍?cè)O(shè)備以磁控濺射的方式鍍一遮光材料層；

(32)光刻圖形化

在遮光材料層的外側(cè)均勻布設(shè)1um的光刻膠層，并將其在紫外光刻機(jī)上進(jìn)行紫外曝光6s，然后在顯影液中顯影后取出，進(jìn)入步驟(33)；

(33)通過(guò)氮?dú)鈱⑼该骰状蹈桑?/p>

(34)通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備在透明基底的光刻膠層上刻蝕出需要的圖形層；

(35)通過(guò)氧等離子體去掉透明基底中多余的光刻膠層；

(4)將步驟(3)中的透明基底置于做好微透鏡陣列模芯的高速注塑機(jī)上，在透明基底的兩側(cè)加工注塑出第一微透鏡陣列和第二微透鏡陣列，得到雙面復(fù)眼透鏡成像晶片。

進(jìn)一步地，步驟(1)中采用光刻后回流法做出需要的母版再?gòu)?fù)制成ni基金屬模芯。

進(jìn)一步地，步驟(31)中遮光材料層為金屬鉻層。

更進(jìn)一步地，步驟(31)中遮光材料層的厚度為500nm。

進(jìn)一步地，步驟(4)中，在透明基底的一側(cè)先加工注塑出第二微透鏡陣列，再在透明基底的另一側(cè)加工注塑出第一微透鏡陣列。

具體實(shí)施例4

與具體實(shí)施例1大致相同，區(qū)別僅僅在于：

透明基底3為聚碳酸酯基底。

步驟(31)中遮光材料層為氧化鉻層。

具體實(shí)施例5

與具體實(shí)施例2大致相同，區(qū)別僅僅在于：

透明基底3為環(huán)烯烴類(lèi)共聚物(coc)基底。

步驟(31)中遮光材料層為金屬鋁層。

具體實(shí)施例6

與具體實(shí)施例3大致相同，區(qū)別僅僅在于：

步驟(31)中遮光材料層為氧化鋁層。

具體實(shí)施例7

與具體實(shí)施例2大致相同，區(qū)別僅僅在于：

步驟(31)中遮光材料層為au層。

具體實(shí)施例8

與具體實(shí)施例3大致相同，區(qū)別僅僅在于：

步驟(31)中遮光材料層為氧化金層。

上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做了詳細(xì)說(shuō)明。但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在所屬技術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。