[发明专利]一种嵌入式自除雾及变焦微透镜阵列的制造方法、其产品及其应用

说明书

本发明提供了一种嵌入式自除雾及变焦微透镜阵列的制造方法、产品及其应用。该方法不仅实现了超高分辨率的嵌入式微透镜阵列制造，而且通过在微透镜阵列难以消除的间隙中填充透明电极，利用透明电极通电后产生的焦耳热可实现自动除雾的功能，微透镜阵列材料采用液体材料且被封装在微孔阵列中，通过透明电极的通电加热可改变液滴接触角，实现微透镜阵列变焦。

技术领域

本发明属于光学制造领域，具体涉及一种可自动除雾微透镜阵列的制备方法、产品及其应用。

背景技术

微透镜阵列是由直径在10μm到1mm之间的微透镜按照一定的排列组合而形成的阵列，在显示器、内窥镜、全景相机、微传感器、光通信等领域具有广阔的应用前景。目前，随着制造技术的飞速发展，已经出现了多种微透镜阵列的制造技术，代表性的主要有微喷打印法、光刻热熔法、电润湿法、飞秒激光直写法、飞秒激光酸刻蚀法、自组装法、模塑法、热压成型法及机械加工法等，甚至在微透镜阵列性能(如数值孔径，F数，表面粗糙度及填充率等)与类型(平面微透镜阵列、曲面微透镜阵列、凹/凸微透镜阵列及梯度折射率微透镜阵列等)方面表现出了较好的调控能力。尽管微透镜阵列制造技术取得了较大的进展，但微透镜阵列的实际应用仍然面临诸多问题，例如，当微透镜阵列应用于内窥镜的大视场成像微型镜头时，内窥镜的表面在手术探查以及常规检查时容易因为镜头表面容易粘连体液等液体，从而造成镜头模糊，无法成像，大大影响了检查结果。当曲面微透镜阵列仿生复眼应用于全景相机成像时，在镜头突遇温度变化时容易造成镜头表面形成一层雾或冰，造成镜头无法成像，严重影响了全景相机的准确成像，特别是在军事设备上容易造成重大影响。因此，微透镜阵列的防雾、防冰能力是微透镜阵列实际应用中所必须具备的。虽然受自然界的启发制得的具有超润湿性的防雾结构材料具有优异的防雾性能，但其制备方法仍较为昂贵或复杂，高透光率的防雾材料的制备仍然极具挑战。因此，仍需发明新型的微透镜阵列结构及制造方法，使其具有自除雾功能。另外，在医学内窥镜及全景成像应用中，微透镜阵列的灵活自动变焦能力亦尤为重要，液体微透镜阵列作为重要的可变焦微透镜阵列，得到了世界各国学者的广泛研究，例如，基于热效应的液体微透镜阵列可实现微透镜阵列的可控变焦，但存在制造工艺复杂，热响应速度慢等问题；基于水凝胶在温度变化后产生的膨胀和收缩可实现微透镜阵列的变焦，但水凝胶微流道的存在使其集成度变差；基于电润湿原理可实现液体变焦透镜制造，但电润湿存在高压驱动的缺陷；基于低电压驱动填充有液体的纳米压印微孔结构，可实现液体微透镜阵列焦距的快速反转变焦，但需要纳米压印制造微孔模具。因此，仍然需要开发一种工艺过程简单且响应速度快的液体变焦微透镜阵列制造新方法。

综上所述，尽管随着现有制造技术的发展，微透镜阵列的几何及光学性能得到了大幅提高。然而，针对微透镜阵列在极端条应用过程中容易出现起雾、结霜甚至结冰以及难以实现快速变焦等问题，迫切需要开发一种新的微透镜阵列结构及加工工艺实现自动除雾及变焦微透镜阵列的低成本、批量化生产。

发明内容

针对现有技术中存在的一些问题，本发明提供了一种嵌入式自除雾微透镜阵列的制造方法。该方法不仅实现了超高分辨率的嵌入式微透镜阵列制造，而且通过在微透镜阵列难以消除的间隙中填充透明电极，利用透明电极通电后产生的焦耳热可实现自动除雾的功能。微透镜阵列材料采用液体材料且被封装在微孔阵列中，通过透明电极的通电加热可改变液滴接触角，实现微透镜阵列变焦。本发明具有工艺步骤简单，制造成本低，微透镜除雾及变焦性能优异等优点，为大面积、高性能嵌入式自除雾及变焦微透镜阵列的低成本和规模化制造提供了一种新的解决方案。

本发明的技术方案为：

一种嵌入式自除雾及变焦微透镜阵列的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备打印基底：将硬质基底预处理后，涂覆一层薄厚均匀的PDMS 液体，加热固化后将其作为打印基底取出备用，固化温度为40-120℃，固化时间为0.5-2小时；

(2)打印微透镜阵列：使用电场驱动喷射沉积微纳3D打印技术，以有机溶剂或掺杂有纳米粒子的溶液作为打印材料，在打印基底上直接打印出液体微透镜阵列；