[发明专利]多焦距曲面复眼透镜的设计与制备方法

权利要求书

1.一种多焦距曲面复眼透镜的设计与制备方法，其特征在于：该方法具体步骤包括如下：

步骤S110：对曲面复眼透镜进行光学设计，使得每一级子眼透镜的焦点落在同一焦平面上，并与感光元器件的像面匹配，得到每一级子眼透镜的弦长；

步骤S120：根据光学设计得到的曲面复眼透镜，选择基底并在所述基底表面旋涂光刻胶，形成带有微透镜阵列的光刻胶掩膜；

步骤S130：对涂附有光刻胶掩模的基底进行刻蚀，将微透镜阵列转移到基底上；

步骤S140：清洗去除所述基底表面的光刻胶，并对基底进行钝化处理；

步骤S150：在钝化后基底的微透镜阵列上铺设聚合物，将微透镜阵列复制到了聚合物层上，并将所述聚合物层从基底上剥离；

步骤S160：利用PDMS预聚液进行反脱模，将聚合物微透镜阵列转移到PDMS薄膜上；

步骤S170：复制PDMS薄膜上的微透镜阵列，制备得到所设计的曲面复眼透镜；

所述步骤S110中，进行光学设计的具体过程如下：

令光线从曲面复眼透镜的上表面平面端向着下表面曲面端入射，在经过子眼透镜的汇聚后，使得焦点落在感光元器件的像面上；

对子眼透镜进行分级，位于下表面最中心处对应的为0级子眼，子眼级数逐层递加至n级，则0级子眼的焦距为l₀，各级子眼的焦距为l_n，n的取值为1,2,3…；

计算得到各级子眼的焦距l_n，并根据各级子眼的焦距l_n得到子眼透镜球冠的弦长S；

所述计算得到各级子眼的焦距l_n，并得到子眼透镜球冠的弦长S，其具体过程如下：

设光线入射角为α，经过曲面复眼透镜上表面折射的折射角为θ，当光线通过上表面时发生折射，即得到公式(1)：

n₀sinα＝n sinθ (1)

各级子眼的焦距l_n的大小等于像方焦点f′，r为子眼透镜的曲率半径，根据像方焦点的公式得到公式(2)：

根据光路图几何关系得到公式(3)：

联立公式(2)和(3)得到公式(4)：

即得到微透镜的曲率半径r随着θ的变化如公式(5)所示：

根据曲率半径r得到子眼透镜球冠的弦长S，如公式(6)所示：

其中，n₀为空气折射率；n为制备曲面复眼透镜的材料光敏胶的折射率；R为曲面复眼透镜球冠的曲率半径；h₀为子眼透镜球冠的矢高。

2.根据权利要求1所述的多焦距曲面复眼透镜的设计与制备方法，其特征在于：所述步骤S120具体为：所述基底上旋涂黏附剂后再涂附光刻胶，并利用高速离心使光刻胶在所述基底上均匀分布后进行前烘，得到带有微透镜阵列的光刻胶掩膜。

3.根据权利要求2所述的多焦距曲面复眼透镜的设计与制备方法，其特征在于：所述步骤S130具体为：所述基底上未附着光刻胶掩模版的地方进行ICP刻蚀，得到与光刻胶掩模版同样图形的微透镜阵列。

4.根据权利要求3所述的多焦距曲面复眼透镜的设计与制备方法，其特征在于：所述步骤S140中，进行钝化处理的具体过程如下：

将刻蚀完毕的基底浸泡在丙酮溶液中，初步去除所述基底上光刻胶；

将浓硫酸与过氧化氢按3：1比列混合配备溶液，将所述基底放入溶液蒸煮至沸腾，去除剩余光刻胶及部分杂质；

采用清水清洗去所述基底上的硫酸；

采用C₄F₈对硅片基底进行钝化，并在硅片表面形成钝化层。

5.根据权利要求4所述的多焦距曲面复眼透镜的设计与制备方法，其特征在于：所述步骤S150具体为：将带有微透镜阵列的硅片基底放置于模具内并在其上铺设一层聚合物层，并在玻璃化温度下对所述聚合物层进行热压处理，待冷却后将聚合物层从基底上剥离，得到聚合物微透镜阵列。