[发明专利]一种基于微流控技术的微透镜阵列制作方法

说明书

本发明公开了一种基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，其特征在于将微流控技术用于微透镜阵列的制作上，通过向具有小孔阵列的微流控芯片中注入水，并在水压力的作用下使得超薄PDMS变形，并利用PUA与PDMS的相互复制工艺，实现微透镜阵列的制作，实施步骤中，通过巧妙的模具设计和工艺设计，实现了超薄PDMS的制作，不仅使得超薄PDMS的键合工艺得以顺利进行，该工艺还可以形成一个模具槽结构，方便了后续倒模工艺的进行。本发明通过改变玻璃层多孔阵列的孔径大小，可以制作不同尺寸的微透镜阵列，通过控制微流控芯片内部水压，可以控制制作的微透镜高度，从而调节焦距；制作的微流控芯片可以重复使用，从而实现成本的降低和制作效率的提高。

技术领域

本发明涉及一种基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，属于微纳加工技术领域。

背景技术

近年来，随着微光学的发展，微光学器件在许多应用中发挥着越来越重要的作用。由于微透镜阵列具有像差小、运动跟踪速度快、视场宽等优点，未来的自动驾驶车辆和监控技术需要微透镜阵列。除了这些新的应用之外，微透镜的小几何和独特的光学性能使其成为光电器件、集成成像系统、光通信系统、生物医学成像应用、光学传感器等领域广泛应用的基本元件。

在传统的光学制造中，透镜结构一般是利用昂贵的高精度铣床加工而成，这需要复杂的工艺设计和精密的机器操作。然而微透镜阵列结构，由于规格和数量繁多，通过传统的铣削工艺来制作微透镜阵列，会存在成本高，生产效率低的缺点。因此，传统的铣削工艺不太适合制备微透镜阵列结构。

由于聚合物具有优异的光学性能和低成本，许多传统的微加工技术被应用于聚合物微透镜阵列的制备。包括热回流法,液滴法，高精密注塑法等。其中回流法,液滴法，虽然具有成本低的优点，但是其制作的微透镜尺寸却不易控制。注塑法虽然可以调控微透镜尺寸，但也需要价格昂贵的注塑机来实现。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于微流控技术的微透镜阵列制作方法，创新性的将微流控技术用于微透镜阵列的制作上，通过向具有小孔阵列的微流控芯片中注入水，并在水压力的作用下使得超薄聚二甲基硅氧烷PDMS变形，并利用聚氨酯丙烯酸酯紫外固化胶PUA与PDMS的相互复制工艺，实现微透镜阵列的制作。实施步骤中，通过巧妙的模具设计和工艺设计，实现了超薄PDMS的制作，不仅使得超薄PDMS的键合工艺得以顺利进行。同时，该工艺还可以形成一个模具槽结构，方便了后续倒模工艺的进行。其工艺优点还在于通过改变玻璃层多孔阵列的孔径大小，可以制作不同尺寸的微透镜阵列。通过控制微流控芯片内部水压，可以控制制作的微透镜高度，从而调节焦距。此外，本发明制作的微流控芯片可以重复使用，从而实现成本的降低和制作效率的提高。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种基于微流控技术的微透镜阵列制作方法的特点是：第一，制作用于制作超薄聚二甲基硅氧烷PDMS的模具。第二，利用该模具制作超薄PDMS层。第三，制作多孔玻璃层。第四，将超薄PDMS层与多孔玻璃层键合。第五，通过PDMS倒模方式制作微流控流道结构。第六，将PDMS微流道结构与多孔玻璃的另外一面键合，完成微流控芯片的制作。第七，通过打孔技术形成微流控出入口。第八，向微流控芯片内通入水，通过水压使得超薄PDMS在玻璃孔处发生变形，形成凸微透镜阵列。第九，通过PUA复制得到凹微透镜阵列。最后以PUA为模板将凹微透镜阵列转印到PDMS上，最终形成PDMS材质的凸型微透镜阵列。

该微透镜阵列制作方法是按如下步骤操作：

a、采用CNC精密数控机床进行加工的方式制作聚甲基丙烯酸甲酯PMMA材质的模具，其特征在于模具的底部有两个条形凸台，凸台高于槽底部200微米(凸台高度用于控制超薄PDMS的厚度)