[发明专利]一种大眼曲率可调的人工复眼、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种大眼曲率可调的人工复眼，属于仿生光学元件制备领域，采用“湿法刻蚀辅助飞秒激光直写”技术制备出具有小眼阵列反结构的硬模板，利用该硬模板可快速将柔性材料压印成具有100％填充因子的柔性小眼阵列薄膜；采用飞秒激光直写制备出具有中空扁圆柱形孔槽和微流控通道的复眼透镜内结构，并将柔性小眼阵列薄膜与之键合集成，形成平面复眼结构；通过微流控通道向复眼透镜内注入去离子水，即可快速驱动柔性小眼阵列薄膜上凸，得到曲率由去离子水注入量灵活调节的人工复眼。利用湿法刻蚀辅助飞秒激光直写技术制备的人工复眼具有高效、均匀、高填充因子的优势，有效地实现了小眼阵列与任意曲率面形的集成，自由调控人工复眼大眼曲率等优点。

技术领域

本发明属于仿生光学元件制备领域，具体涉及大眼曲率可调的人工复眼、制备方法及应用。

背景技术

随着科学技术的进步，人们对光学仪器设备的光、机、电集成化程度的需求日益增加。无人机、微型机器人等人工智能，正朝着系统集成化、微型化发展。这就迫切地需要提升微小尺度光学元件的集成与观测能力。受到自然界昆虫复眼的启发，结合其体积小、质量轻、视场角大、对运动物体敏感等性能，人们提出了相应的人工复眼系统。复眼是一种由不定数量的小眼紧密排布在曲面上组成的特殊视觉器官。主要在昆虫及甲壳类等节肢动物的身上出现，复眼中的小眼面一般呈六角形。这种系统也是利用相同的原理，用多孔径光学系统替代传统的单孔径系统，以实现小体积、轻重量、灵活设计、增大视场等功能。并且这种结构能够实现普通光学元件难以实现的小型化、阵列化、集成化新功能，现已成功地应用到各个领域中。

目前国内外的研究学者对人工复眼展开了一系列的研究，已经取得了一系列的成果。早在2011年，美国俄亥俄州立大学的Li Lei等人利用超精密五轴单点金刚石车削技术制备了自由面形啁啾复眼形微透镜阵列。这种加工方式简便易行，无需复杂的工艺，但是受到金刚石刀具尺寸的影响，很难加工直径在1mm以下的小眼结构；并且刀具损伤、机器震动、机床加工精度等也会影响小眼的形貌。德国的D.Radtke等人于2007年利用三维旋转基底激光曝光结合压印的方式制备了112×112阵列的复眼形微透镜。加工过程中采用逐点曝光的方式，导致加工周期较长；同时该曝光系统复杂，加工成本较高。2011年，我国的蒋小平等研究人员利用光刻离子交换的方式，直接在曲面基底上制作了人工复眼阵列。这种方式可以获得高填充因子(接近100％)的微透镜阵列，但是在将平面光刻技术应用在大面积或曲率较大的基底时就难免会产生曝光失真的问题。同时目前主要的人工复眼加工技术有热刻胶回流技术(熔融光刻胶技术)、二元光学技术、电子束直写技术、灰度掩膜技术等。但这些加工技术存在加工精度低，填充因子低，工艺复杂等问题。总的来说，现有的人工复眼加工方法均有各自的优缺点，但是都不能同时满足高填充因子、小孔径简便易行加工需求。同时，利用上述方法加工得到的复眼其大眼曲率都是固定的，无法进行调节，这在一定程度上限制的器件的性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种大眼曲率可调的人工复眼。采用“湿法刻蚀辅助飞秒激光直写”技术制备出具有小眼阵列反结构的硬模板，利用该硬模板可快速将柔性材料压印成具有100％填充因子的柔性小眼阵列薄膜；同时，采用飞秒激光直写制备出具有中空扁圆柱形孔槽和微流控通道的复眼透镜内结构，并将柔性小眼阵列薄膜与之键合集成，形成平面复眼结构；通过微流控通道向复眼透镜内注入去离子水，即可快速驱动柔性小眼阵列薄膜上凸，从而得到曲率可由去离子水注入量灵活调节的人工复眼。

本发明通过如下技术方案实现：

一种大眼曲率可调的人工复眼，所述人工复眼为一集成有微流控通道的变焦复眼结构，由睫状肌驱动器1及复眼透镜2组成；

所述的睫状肌驱动器1包括透镜支撑层3、微流控通道4及人工复眼支撑层6；其中，所述微流控通道4位于人工复眼支撑层6上表面，通过该通道向复眼透镜2中通入组织液介质7，对复眼透镜2的曲率和焦距进行调控，并为复眼透镜提供稳定的支撑；