專利名稱：一種具有濾光功能的微透鏡陣列及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種具有濾光功能的微透鏡陣列及其制備方法。
背景技術(shù)：
微透鏡列陣是由通光孔徑及浮雕深度為微米級(jí)的透鏡組成的列陣，它不僅具有傳統(tǒng)透鏡的聚焦、成像等基本功能，而且具有單元尺寸小、集成度高、多通道等特點(diǎn)，使得它能夠完成傳統(tǒng)光學(xué)元件無(wú)法完成的功能，并能構(gòu)成許多新型的光學(xué)系統(tǒng)。在一些實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)人們只關(guān)心某一單色光的成像。例如，人體血管成像中需要關(guān)心的是藍(lán)色光線所成的像，這就需要用到多譜成像系統(tǒng)。人們采用多通道集成彩色濾光片與微透鏡陣列相結(jié)合的方式，利用微透鏡陣列的多通道特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)多譜成像功能。下面介紹一種微透鏡制備方法和一種多通道集成彩色濾光片與微透鏡陣列相結(jié)合的方法。(I)光刻膠熱回流技術(shù)制備微透鏡陣列。光刻膠熱回流法(光刻膠熱熔法)是Zoran D.Popovic等人(期刊論文，題目:Technique for monolithic fabrication of microlens arrays期干丨J:Applied Optics,Vol.27，Issue7，pp.1281-1284，1988)提出的，整個(gè)工藝過(guò)程可以分為三步，一、對(duì)基板上的光刻膠在掩模的遮蔽下進(jìn)行曝光，曝光圖案呈圓形，矩形或正六邊形；二、對(duì)曝光后的光刻膠進(jìn)行顯影并清洗殘余物質(zhì)；三、放置于加熱平臺(tái)上，熱熔成型。由于這種方法具有工藝簡(jiǎn)單，對(duì)材料和設(shè)備的要求較低，工藝參數(shù)穩(wěn)定且易于控制，復(fù)制容易等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地用于微透鏡陣列的制備當(dāng)中。該方法是制備微透鏡整列最成熟的方法之一，成功率高。(2)多通道彩色濾光片和微透鏡陣列結(jié)合的多譜成像系統(tǒng)。Shogenji 等人(期刊論文，題目:Multispectral imaging using compactcompound optics 期刊:Optics Express,卷 vol.12, n0.8, 2004)提出了一種基于多通道彩色濾光片和微透鏡陣列結(jié)合的多譜成像系統(tǒng)。濾光片的每一個(gè)通道對(duì)應(yīng)某一種顏色，并與其后的一個(gè)微透鏡對(duì)準(zhǔn)，構(gòu)成一個(gè)光通道。每個(gè)光通道的成像結(jié)果由同一塊圖像傳感芯片記錄，從而實(shí)現(xiàn)多光譜圖像信息的同時(shí)獲取。該系統(tǒng)通過(guò)機(jī)械裝置將濾光片，微透鏡陣列片分別固定，并通過(guò)調(diào)節(jié)其相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題:目前，已有的方法制作的微透鏡陣中，都存在一定的不足。例如，光刻膠熱回流技術(shù)，該方法是制作微透鏡陣列的常用方法，但是該方法制作的微透鏡陣列都達(dá)不到對(duì)某一單色光單獨(dú)聚光、成像的功能。如果想實(shí)現(xiàn)想對(duì)某一單色光聚光，就需要如“多通道彩色濾光片和微透鏡陣列結(jié)合的多譜成像系統(tǒng)”介紹的通過(guò)機(jī)械裝置將多通道濾光片和微透鏡陣列片分別固定，通過(guò)位置調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)濾光片與微透鏡陣列對(duì)準(zhǔn)。這樣就從結(jié)構(gòu)上增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，在某些應(yīng)用中會(huì)受到限制。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種具有濾光功能的微透鏡及其制備方法。所述技術(shù)方案如下:一方面，提供了一種微透鏡陣列及其制備方法，所述方法包括:在基底上制備不同的濾光區(qū)域；將基底進(jìn)一步曝光；在基底上光刻出圓柱形圖案；利用光刻膠熱熔法，制備微透鏡陣列。具體地，所述在基底上制備不同的濾光區(qū)域，包括如下步驟:提供基底；在基底上曝光出需要保留的濾光區(qū)域；在基底上制備某種顏色的濾光區(qū)域；固化顏色光阻劑；重復(fù)上述步驟，在基底其它需要的位置制備其它顏色的濾光片，最終制備紅、綠、藍(lán)三通道可見(jiàn)光濾光區(qū)域。具體地，所述提供基底，包括:提供透光率高，表面平整的玻璃片為基底；將基底用清水和丙酮清洗，然后置于烘箱中，在130°C時(shí)烘烤10分鐘；將顏色光阻劑旋涂于清洗干凈的玻璃基底上；將覆有顏色光阻劑的基底至于烘箱中，在85°C時(shí)烘烤2分鐘。進(jìn)一步地，所述在基底上曝光出需要保留的濾光區(qū)域，包括:在掩膜板下紫外曝光出需要保留的濾光區(qū)域。其中，所述紫外曝光的曝光劑量是150mJ ;所述掩膜板需要有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。進(jìn)一步地，所述在基底上制備某種顏色的濾光區(qū)，包括:將基底在專門(mén)的顯影液中顯影掉多余的未曝光顏色光阻劑，制得某種顏色的濾光區(qū)。進(jìn)一步地，所述固化顏色光阻劑，包括:烘箱內(nèi)烘烤進(jìn)一步固化顏色光阻劑，烘烤溫度是230攝氏度，時(shí)間為I小時(shí)。具體地，所述將基底進(jìn)一步曝光，包括:將正光刻膠旋涂于上述帶有濾光區(qū)域的基底上；進(jìn)行前烘；將帶有光刻膠的基底置于事先制備好的圓孔掩膜板下進(jìn)行紫外曝光。進(jìn)一步地，所述在基底上光刻出圓柱形圖案，包括:將曝光過(guò)的基底置于質(zhì)量百分比5%的氫氧化鈉溶液中，顯影出圓柱形圖案。其中，所述顯影不能完全顯影，至少留有1-2微米正光刻膠。進(jìn)一步地，所述利用光刻膠熱熔法，制備微透鏡陣列，包括:將制備的帶有圓柱形光刻膠的基底置于真空烘箱內(nèi)，加熱至130攝氏度后再持續(xù)加熱160秒；光刻膠自動(dòng)熱熔形成微透鏡的形狀，在烘箱內(nèi)自然冷卻；制得集成濾光功能的微透鏡陣列。另一方面，提供了一種具有濾光功能的微透鏡陣列，所述微透鏡陣列包括依次層疊連接的基底、顏色光阻劑和微透鏡。具體地，所述基底為一片透光率高，表面平整的玻璃片。具體地，所述顏色光阻劑旋涂于清洗干凈的玻璃基底上。具體地，所述微透鏡陣列為光刻膠自動(dòng)熱熔于所述顏色光阻劑上形成的。本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:通過(guò)顏色光阻劑結(jié)合傳統(tǒng)的光刻法，利用掩膜板的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，在基底上制作好具有濾光功能的濾光區(qū)域，然后直接在該區(qū)域以熱熔法制作微透鏡陣列，使得該微透鏡集成濾光功能，減少了一層濾光片結(jié)構(gòu)，集成度高，有利于提高成像質(zhì)量，同時(shí)也避免了濾光片與微透鏡陣列對(duì)準(zhǔn)集成的問(wèn)題。并且可以應(yīng)用于多譜成像系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)單色成像和彩色重構(gòu)，并大大降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本，制作工藝簡(jiǎn)單，工藝新穎，成功率高。
為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的微透鏡陣列制備方法的流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的微透鏡陣列制備工藝的示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例二提供的微透鏡陣列示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。實(shí)施例一本發(fā)明實(shí)施例一提供了一種微透鏡陣列的制備方法，參見(jiàn)圖1、圖2，所述方法包括如下步驟:步驟101:在基底上制備不同的濾光區(qū)域。具體地，該步驟101包括如下步驟:步驟1011:提供基底。優(yōu)選地，取一片透光率高，表面平整的玻璃片作為基底I。 具體地，將基底I用清水和丙酮清洗，然后置于烘箱中，在130°C時(shí)烘烤10分鐘，除去水汽和殘余丙酮；自然冷卻后，用甩膠機(jī)將顏色光阻劑2旋涂于清洗干凈的玻璃基底上；將覆有顏色光阻劑的基底至于烘箱中，在85 °C時(shí)烘烤2分鐘，去除光阻劑內(nèi)的溶劑。完成濾光片制備準(zhǔn)備工作。步驟1012:在基底上曝光出需要保留的濾光區(qū)域。具體地，在事先制備好的掩膜板3下，紫外曝光4出需要保留的濾光區(qū)域。其中，曝光劑量是150mJ。曝光過(guò)的顏色光阻劑性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，不能溶解在專門(mén)的顯影液中。其中，掩膜板需要有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，為避免后續(xù)步驟中不同的顏色光阻劑重疊。
步驟1013:在基底上制備某種顏色的濾光區(qū)。具體地，將基底在專門(mén)的顯影液中顯影掉多余的未曝光顏色光阻劑，制得某種顏色的濾光區(qū)5。其中，顯影時(shí)間根據(jù)實(shí)際情況確定。步驟1014:固化顏色光阻劑。具體地，在烘箱內(nèi)烘烤進(jìn)一步固化顏色光阻劑，提高顏色光阻劑2的穩(wěn)定性。優(yōu)選地，烘烤溫度是230攝氏度，時(shí)間為I小時(shí)。步驟1015:重復(fù)以上步驟，在基底其它需要的位置制備其它顏色的濾光片。最終制備紅、綠、藍(lán)三通道可見(jiàn)光濾光區(qū)域6。進(jìn)一步地，將紅色、綠色、藍(lán)色三種光刻膠按上述步驟制備在同一塊區(qū)域，該區(qū)域只能通過(guò)近紅外光，從而制備成近紅外高通濾光區(qū)域7。步驟102:將基底進(jìn)一步曝光。具體地，將正光刻膠8旋涂于上述帶有濾光區(qū)域的基底上，經(jīng)過(guò)前烘后，將帶有光刻膠的基底置于事先制備好的圓孔掩膜板9下進(jìn)行紫外曝光4。優(yōu)選地，正光刻膠為AZ4620正光刻膠。其中，曝光時(shí)間、劑量根據(jù)膠層厚度、光強(qiáng)決定。曝過(guò)光的正光刻膠10能在顯影液下去除掉。該步驟中的曝光不會(huì)影響顏色光阻劑2的性質(zhì)。為了保證能正好在需要的位置光刻出圓孔型正光刻膠AZ4620，圓孔掩膜板也需要具有匹配的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。步驟103:在基底上光刻出圓柱形圖案。具體地，將曝光過(guò)的基底置于質(zhì)量百分比5%的氫氧化鈉溶液中，顯影出圓柱形圖案11。其中，顯影時(shí)間要根據(jù)光刻膠厚度，由實(shí)驗(yàn)決定。其中，顯影過(guò)程不能完全顯影，要至少留有1-2微米正光刻膠AZ4620，否則圓柱體在其后的熱熔中將受到表面張力的影響無(wú)法形成透鏡形狀。步驟104:利用光刻膠熱熔法，制備微透鏡陣列。具體地，將制備的帶有圓柱形光刻膠AZ4620的基底置于真空烘箱內(nèi)，加熱至130攝氏度后再持續(xù)加熱160秒。光刻膠在表面張力的作用下，自動(dòng)熱熔形成微透鏡12的形狀，在烘箱內(nèi)自然冷卻。即制得集成濾光功能的微透鏡陣列。本發(fā)明實(shí)施例一提供的上述方法帶來(lái)的有益效果是:通過(guò)顏色光阻劑結(jié)合傳統(tǒng)的光刻法，利用掩膜板的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，在基底上制作好具有濾光功能的濾光區(qū)域，然后直接在該區(qū)域以熱熔法制作微透鏡陣列，使得該微透鏡集成濾光功能，減少了一層濾光片結(jié)構(gòu)，集成度高，有利于提高成像質(zhì)量，同時(shí)也避免了濾光片與微透鏡陣列對(duì)準(zhǔn)集成的問(wèn)題。實(shí)施例二本發(fā)明實(shí)施例二提供了一種具有濾光功能的微透鏡陣列，參見(jiàn)圖3，該微透鏡陣列包括依次層疊連接的基底1、顏色光阻劑2和微透鏡12。優(yōu)選地，取一片透光率高，表面平整的玻璃片作為基底I。具體地，將顏色光阻劑2旋涂于清洗干凈的玻璃基底上；在事先制備好的掩膜板下，紫外曝光出需要保留的濾光區(qū)域；將基底I在專門(mén)的顯影液中顯影掉多余的未曝光顏色光阻劑，制得某種顏色的濾光區(qū)。進(jìn)一步地，將正光刻膠旋涂于上述帶有濾光區(qū)域的基底上，經(jīng)過(guò)前烘后，將帶有光刻膠的基底置于事先制備好的圓孔掩膜板下進(jìn)行紫外曝光。將曝光過(guò)的基底置于質(zhì)量百分比5%的氫氧化鈉溶液中，顯影出圓柱形圖案。再置于真空烘箱內(nèi)，加熱至130攝氏度后再持續(xù)加熱160秒。光刻膠在表面張力的作用下，自動(dòng)熱熔形成微透鏡的形狀，在烘箱內(nèi)自然冷卻后，即制得集成濾光功能的微透鏡陣列。本發(fā)明實(shí)施例二提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:可以應(yīng)用于多譜成像系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)單色成像和彩色重構(gòu)，并大大降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本，制作工藝簡(jiǎn)單，工藝新穎，成功率高。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種微透鏡陣列制備方法，其特征在于，所述方法至少包括: 在基底上制備不同的濾光區(qū)域； 將基底進(jìn)一步曝光； 在基底上光刻出圓柱形圖案； 利用光刻膠熱熔法，制備微透鏡陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在基底上制備不同的濾光區(qū)域，包括如下步驟: 提供基底； 在基底上曝光出需要保留的濾光區(qū)域； 在基底上制備某種顏色的濾光區(qū)域； 固化顏色光阻劑； 重復(fù)上述步驟，在基底其它需要的位置制備其它顏色的濾光片，最終制備紅、綠、藍(lán)三通道可見(jiàn)光濾光區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述提供基底，包括: 提供透光率高，表面平整的玻璃片為基底； 將基底用清水和丙酮清洗，然后置于烘箱中，在130°C時(shí)烘烤10分鐘； 將顏色光阻劑旋涂于清洗干凈的玻璃基底上； 將覆有顏色光阻劑的基底至于烘箱中，在85°C時(shí)烘烤2分鐘。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述在基底上曝光出需要保留的濾光區(qū)域，包括: 在掩膜板下紫外曝光出需要保留的濾光區(qū)域。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述紫外曝光的曝光劑量是150mJ;所述掩膜板需要有對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述在基底上制備某種顏色的濾光區(qū)，包括: 將基底在專門(mén)的顯影液中顯影掉多余的未曝光顏色光阻劑，制得某種顏色的濾光區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述固化顏色光阻劑，包括: 烘箱內(nèi)烘烤進(jìn)一步固化顏色光阻劑，烘烤溫度是230攝氏度，時(shí)間為I小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將基底進(jìn)一步曝光，包括: 將正光刻膠旋涂于上述帶有濾光區(qū)域的基底上； 進(jìn)行前烘； 將帶有光刻膠的基底置于事先制備好的圓孔掩膜板下進(jìn)行紫外曝光。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述在基底上光刻出圓柱形圖案，包括: 將曝光過(guò)的基底置于質(zhì)量百分比5%的氫氧化鈉溶液中，顯影出圓柱形圖案。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述顯影不能完全顯影，至少留有1-2微米正光刻膠。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用光刻膠熱熔法，制備微透鏡陣列，包括: 將制備的帶有圓柱形光刻膠的基底置于真空烘箱內(nèi)，加熱至130攝氏度后再持續(xù)加熱.160 秒； 光刻膠自動(dòng)熱熔形成微透鏡的形狀，在烘箱內(nèi)自然冷卻； 制得集成濾光功能的微透鏡陣列。
12.—種具有濾光功能的微透鏡陣列，其特征在于，所述微透鏡陣列包括依次層疊連接的基底、顏色光阻劑和微透鏡。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微透鏡陣列，其特征在于，所述基底為一片透光率高，表面平整的玻璃片。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微透鏡陣列，其特征在于，所述顏色光阻劑旋涂于清洗干凈的玻璃基底上。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微透鏡陣列，其特征在于，所述微透鏡陣列為光刻膠自動(dòng)熱熔于所述顏色光阻劑上形成的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種具有濾光功能的微透鏡陣列及其制備方法，屬于光學(xué)領(lǐng)域。所述方法包括在基底上制備不同的濾光區(qū)域；將基底進(jìn)一步曝光；在基底上光刻出圓柱形圖案；利用光刻膠熱熔法，制備微透鏡陣列。本發(fā)明通過(guò)顏色光阻劑結(jié)合傳統(tǒng)的光刻法，利用掩膜板的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，在基底上制作好具有濾光功能的濾光區(qū)域，然后直接在該區(qū)域以熱熔法制作微透鏡陣列，使得該微透鏡集成濾光功能，減少了一層濾光片結(jié)構(gòu)，集成度高，有利于提高成像質(zhì)量，同時(shí)也避免了濾光片與微透鏡陣列對(duì)準(zhǔn)集成的問(wèn)題。并且可以應(yīng)用于多譜成像系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)單色成像和彩色重構(gòu)，并大大降低系統(tǒng)復(fù)雜度和成本，制作工藝簡(jiǎn)單，工藝新穎，成功率高。
文檔編號(hào)G03F7/00GK103217728SQ201310092620
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月21日
發(fā)明者邸思, 金建, 姚豫培, 陳賢帥, 杜如虛 申請(qǐng)人:廣州中國(guó)科學(xué)院先進(jìn)技術(shù)研究所