一种多焦距微透镜阵列及其制备方法和应用

本发明属于微纳加工制造及透镜加工，涉及一种多焦距微透镜阵列及其制备方法与应用，具体涉及一种通过喷墨打印制备的多焦距微透镜阵列及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在当代的光学和光电领域，多焦距微透镜阵列(mlas)正成为一项关键技术，其在许多应用中发挥着重要作用，如高分辨率成像、深度感知、以及医学成像等，特别是在三维显微成像、集成成像和机器视觉等领域，应用效果尤为显著，显示出其广泛的潜在用途。随着微纳光学技术的快速发展，对于精确且高效的微透镜制造方法的需求日益增长。传统的微透镜阵列制造技术，如光刻、注塑成型等，在成本、效率以及设计灵活性方面存在不可忽略的局限，在此基础上，申请号为202310064177.7的发明专利公开了一种多焦距曲面微透镜阵列的光阑阵列及其制备方法，该方法通过对树脂进行3d打印得到微透镜阵列，但是，其所得到的微透镜阵列表面光滑度差、结构复杂性差、制备速度慢，因此，亟待开发新的制造技术。

技术实现思路

1、为改善现有技术的不足，发明人首次将喷墨打印技术引入到多焦距微透镜阵列的制造中，喷墨打印技术，作为一种先进的数字化制造手段，具有其独特的优势——低成本、高精度和极高的设计自由度，为制备多焦距微透镜阵列提供了新的方案。具体的，发明人研究发现，通过精确控制墨滴的位置和数量，喷墨打印可以在微观尺度上制造出具有不同光学特性的微透镜，实现了在同一平台上集成不同焦距透镜的目标。

2、具体的，本发明提供如下技术方案：

3、一种多焦距微透镜阵列的制备方法，所述方法包括如下步骤：

4、1)准备基底；

5、2)对基底表面进行亲疏水图案化修饰，形成的图案与微透镜阵列的形状和位置对应；

6、3)通过喷墨打印，在图案上形成多焦距微液滴阵列。

7、根据本发明，步骤2)具体包括：

8、s1.在具有亲水性表面的基底上进行图案化光刻，将包括若干微透镜图案的微透镜阵列转移到基底上，形成图案化的基底；

9、s2.对图案化的基底进行疏水处理，去除基底表面的光刻胶，形成微米尺度图案化浸润性表面。

10、本发明还提供过一种多焦距微透镜阵列，其为由上述方法制备得到，所述多焦距微透镜阵列的表面粗糙度低于1.5nm。

11、本发明还提供上述的多焦距微透镜阵列的应用，其用于三维显微成像、集成成像和机器视觉领域。

12、本发明取得下述有益效果：

13、本发明的方法，先制备具有微米尺度图案化浸润性表面的基底，基底上微透镜图案对应区域为亲水性区域，其他区域为疏水性区域，尤其是微透镜图案内部，非亲水性区域为疏水性区域，形成疏水性区域包裹亲水性区域的结构，当墨水滴加在亲水性区域时，疏水边界具有限域作用，当液滴体积量不超过亲疏水边界的限域能力时，液滴最终展示出底面半径不变、高度增加的过程，即曲率角逐渐增加。本发明通过在图案化浸润性基底喷墨打印不同滴数墨水，通过改变不同墨水滴数改变墨水体积，从而造成曲率角与透镜焦距的不同利用图案化基底的表面能差异、可设计性等特性。

14、本发明实现了多焦距微透镜阵列的低成本、高精度制备，制备过程灵活度高、可控性强、时效快。这对随着微纳光学技术的快速发展，特别是精确且高效的微透镜制造方法的需求日益增长有重大意义。

15、本发明基于微米尺度图案化亲疏水表面，结合图案化基底的表面能差异与可设计性，以及喷墨打印可编程、高通量、精准沉积的特性，通过在图案化浸润性基底上喷墨打印不同滴数墨水，由于体积不同以及亲疏水性限域，造成曲率角的不同，最终导致透镜焦距的差异。此外，采用光固化墨水可有效解决液滴蒸发的问题，此方法具有基底设计可编程化的优点，例如可设计不同形状、密度、排列等。

16、本发明与传统的多焦距微透镜阵列制造技术不同，如光刻、注塑成型等，有效解决了成本、效率、以及设计灵活性方面的局限。另外由于本发明形成的微透镜表面形状由表面张力驱动，因此表面光滑度极高，能达到亚纳米级级别表面光滑，有效提高了微透镜成像质量的问题。

17、由于喷墨打印对于墨滴位置和数量的精确控制，本发明可以在微观尺度上制造出具有不同光学特性的微透镜，实现了在同一平台上集成不同焦距透镜的目标。这种多焦距微透镜阵列在三维显微成像、集成成像和机器视觉等领域中发挥着重要作用，显示出其广泛的潜在用途。

技术特征：

1.一种多焦距微透镜阵列的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的多焦距微透镜阵列的制备方法，其特征在于，步骤2)具体包括：

3.根据权利要求2所述的多焦距微透镜阵列的制备方法，其特征在于，步骤s1中，在基底上进行图案化光刻之前，还包括如下步骤：对基底进行增粘处理；

4.根据权利要求3所述的多焦距微透镜阵列的制备方法，其特征在于，步骤s1中，具有亲水性表面的基底包括对清洗和增粘处理后的基底进行亲水性处理得到；

5.根据权利要求2-4任一项所述的多焦距微透镜阵列的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述疏水处理包括如下步骤：先对基底表面进行空气等离子体溅射，然后使用疏水溶液浸泡、干燥；

6.根据权利要求2-5任一项所述的多焦距微透镜阵列的制备方法，其特征在于，步骤s2之后，步骤3)之前，还包括如下步骤：标记所述边缘标记图案区，形成清晰可见的图案化标记。

7.根据权利要求1-6任一项所述的多焦距微透镜阵列的制备方法，其特征在于，步骤3)包括：在微米尺度图案化浸润性表面喷墨打印墨水，不同区域打印不同数量的墨滴；

8.根据权利要求7所述的多焦距微透镜阵列的制备方法，其特征在于，制备墨水之后还包括如下步骤：测试所述墨水的表面张力与粘度，符合要求后加入打印系统。

9.一种权利要求1-8任一项所述方法制备的多焦距微透镜阵列，所述多焦距微透镜阵列的表面粗糙度低于1.5nm。

10.权利要求9所述的多焦距微透镜阵列的应用，其用于三维显微成像、集成成像和机器视觉领域。

技术总结本发明属于微纳加工制造及透镜加工技术领域，涉及一种多焦距微透镜阵列及其制备方法与应用，该方法包括如下步骤：1)准备基底；2)对基底表面进行亲疏水图案化修饰，形成的图案与微透镜阵列的形状和位置对应；3)通过喷墨打印，在图案上形成多焦距微液滴阵列。本发明的方法通过在图案化浸润性基底喷墨打印不同滴数墨水，通过改变不同墨水滴数改变墨水体积，从而造成曲率角与透镜焦距的不同利用图案化基底的表面能差异、可设计性等特性。技术研发人员：邓枭,李会增,宋延林受保护的技术使用者：中国科学院化学研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/13