[发明专利]一种自由曲面光学微镜阵列的制作方法

权利要求书

1.一种自由曲面光学微镜阵列的制作方法，其特征在于包括如下工艺步骤完成：

（1）在光学材料基片表面涂布一层感光胶； 

（2）将涂好感光胶的基片放入高温烘箱中加热至90～100℃，恒温15～25分钟；

（3）以列表形式描述出所要制作自由曲面光学微镜阵列的坐标值点；

（4）变剂量曝光，采用激光直写设备，在激光束能量不变的情况下，通过曝光和显影实验建立感光胶曝光深度与曝光时间的数学模型，根据该模型与自由曲面光学微镜阵列的坐标值点拟合，编制激光直写工作台运动轨迹与运动速度控制程序；然后工作台带动涂胶工件按编制的程序运动，激光束在感光胶表面逐行、逐点扫描，曝光深度与阵列中每一坐标值点呈对应关系； 

（5）将曝光后的基片浸入显影液2～5分钟取出，显影后得到由感光胶构成的自由曲面面型结构；

（6）将显影后的基片放入温度均匀性高于1%的高温加热器中，加热至180～270℃，恒温5～10分钟进行表面均匀化处理，而后自然冷却至室温取出； 

（7）基片置于离子刻蚀机内进行动态离子束刻蚀，刻蚀速率5nm/s-15nm/s，刻蚀时间由光刻胶厚度决定，由此制得光学微镜阵列； 

（8）将刻蚀后得到的光学微镜阵列进行高速流体抛光，流体运动速度为3m/s～6m/s； 

（9）用去离子水冲洗1～2分钟；

（10）最后用干燥纯净氮气吹干；

（11）检测。

2.根据权利要求1所述的自由曲面光学微镜阵列的制作方法，其特征在于：光学材料根据自由曲面器件应用的光学系统来选择，其中红外系统中选用Si、Ge、ZnS、MgF2；可见光学系统选用光学玻璃、石英玻璃；紫外光学系统中选用紫外石英、CaF2。

3.根据权利要求1所述的自由曲面光学微镜阵列的制作方法，其特征在于：步骤3需采用列表的方法描述出自由曲面表面上每一点坐标值X、Y、Z。

4.根据权利要求1所述的自由曲面光学微镜阵列的制作方法，其特征在于：感光胶厚度由微镜单元矢高决定。

5.根据权利要求1所述的自由曲面光学微镜阵列的制作方法，其特征在于：步骤（4）中感光胶曝光深度与时间的关系式为：

                                                  

式中A、B是光吸收系数，C是所用感光胶灵敏度参数，E为曝光量，t为时间，z为垂直基片表面方向。

6.根据权利要求1所述的自由曲面光学微镜阵列的制作方法，其特征在于：

变剂量曝光是通过计算机控制曝光设备的工作台运动速度调节激光束在感光胶上各点驻留时间实现。

7.根据权利要求1所述的自由曲面光学微镜阵列的制作方法，其特征在于：

步骤6中连续均匀化处理是将感光胶加热至微软状态，使胶面由于张力自动消除逐行扫描带来的不连续误差。

8.根据权利要求1所述的自由曲面光学微镜阵列的制作方法，其特征在于：步骤7中采用离子刻蚀技术将感光胶结构等比例转移到基片材料表面。

9.根据权利要求1所述的自由曲面光学微镜阵列的制作方法，其特征在于：

步骤8中的高速流体抛光液应选择不与基片材料发生化学反应的物质，只通过冲击与摩擦进行物理抛光。