一种光流控多焦距流体微透镜阵列芯片及其制备方法

本发明涉及3d成像，尤其是涉及一种光流控多焦距流体微透镜阵列芯片及其制备方法。

背景技术：

1、目前3d成像技术是一种能够捕捉和显示物体三维信息的技术。与传统的2d成像相比，3d成像能够提供更加丰富的视觉体验，因为它能够呈现出物体的深度、高度和宽度信息。常见的3d成像技术如光场成像、立体视觉技术、多视角成像等都广泛运用于医疗成像、工业检测、机器人导航等领域。由于具有完整的视差和连续的视点，且无需任何观察眼镜和特殊光照，基于微透镜阵列的集成成像逐渐发展成为最具前景的3d成像技术，微透镜阵列的开发是其中的关键。

2、微透镜阵列是由光径在几微米到几毫米之间的小透镜以一定规律排列在基底上所形成的阵列，具有集成度高、光学损耗低等优点，并由于较短的有效焦距和较高的透镜曲率而表现出大视场、低位相差等光学特性。在3d成像中，每一个单独的微透镜从一个特定方向对物体进行成像，在像平面上形成一个独立子图像。通过这种多视点成像，将三维物体的水平和深度信息记录在图像传感器中，完成图像信息的采集，再根据光路可逆原理，通过算法完成原始物体的三维图像重建。目前，微透镜阵列的加工方法主要有两类：一类是利用电热膜压印、喷墨印刷、流体动力喷墨印刷、自组装、抗蚀剂热回流、激光技术等手段直接在基底上打印或雕刻出微透镜阵列，另一类是利用湿法刻蚀、软光刻等方法形成具有凹形三维微结构的模具，再通过倒模制备出微透镜阵列。然而，这些方法获得的微透镜阵列焦距单一，在3d成像应用中存在着景深狭窄、深度感知能力差等问题。

3、如中国专利cn205483948u公开的一种具备两相流和全内反射的光流控芯片，包括光学探测微通道和分别位于光学探测微通道两端的微流入口和微流出口；所述微流入口包括样品粒子入口，鞘层1入口，鞘层2入口；所述鞘层1入口和鞘层2入口对称的分布在样品粒子入口两侧；所述微流出口旁设置有向光学探测微通道倾斜的光纤槽，所述光纤槽与光学探测微通道之间设置有准直凹透镜；其微透镜阵列焦距单一。

4、光流控技术是近年来快速发展的一门新兴技术，是将现代光学与微流控结合研究光与流体或流体内生化样本的相互作用，并探索其中的新现象、新机理和新应用的有效手段，具有高灵敏度、高精度、高集成度和易于调制等优势。近几年，微透镜阵列在光流控中得到了广泛关注，尤其是利用微透镜阵列实现光场成像的实时调控；然而，在光流控中，基于流体微透镜阵列的设计及制作还存在巨大挑战和困难，特别是针对微透镜阵列的多焦距和实时调控。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本发明提供一种光流控多焦距流体微透镜阵列芯片及其制备方法，以达到多焦距微透镜阵列的实时可调，操作简便的目的。

2、为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

3、一种光流控多焦距流体微透镜阵列芯片，包括层流液流调控模块、液流混合模块以及微透镜阵列模块；

4、层流液流调控模块，包括一组液体材料样品进口和树状形微通道，液体材料样品进口和树状形微通道相连，不同折射率且互溶的液体材料分别从不同的液体材料样品进口流入树状形微通道；

5、液流混合模块，包括z字形微通道，z字形微通道的一端连接树状形微通道，z字形微通道的另一端连接微透镜阵列通道；

6、微透镜阵列模块，包括一组三维的平凸透镜和样品出口，透镜间利用微通道连接形成微透镜阵列通道结构；微透镜阵列通道的一端连接z字形微通道，微透镜阵列通道的另一端与样品出口相连。

7、进一步的：

8、包括光流控芯片，所述一组液体材料样品进口、树状形微通道、z字形微通道、微透镜阵列通道以及样品出口均集成设置在光流控芯片上。

9、所述微透镜阵列通道结构中的单个透镜为三维平凸透镜，并且所有微透镜的尺度都相同。

10、所述光流控芯片中的微结构包括两种高度，所述样品进口、样品出口、树状形微通道以及z字形微通道的高度小于微透镜阵列通道的高度。

11、所述样品进口和样品出口均为圆形通道。

12、所述树状形微通道为矩形微通道组合而成的通道结构。

13、所述光流控芯片是基于3d打印技术制作而成，其制作工艺不同于传统的光刻技术制作工艺。

14、还包括一载玻片，所述光流控芯片固定于载玻片上。

15、所述光流控芯片的制作流程：先利用3d打印技术直接打印出芯片的结构模具，再用聚二甲基硅氧烷倒膜形成光流控芯片。

16、一种利用所述光流控多焦距流体微透镜阵列芯片进行多焦距流体微透镜阵列制备方法，包括以下步骤：

17、s1、选取并制备液体材料，包括两种折射率相异并且能够互溶的液体材料；

18、s2、通过微流泵以推入样品至微流控通道；其中，两种液体材料按需通入一组样品进口；两种液体材料在树状形微通道处形成折射率渐变分布且实时可调的液流；水相液流由经z字形微通道形成折射率均匀的支流；不同折射率的支流流经微透镜阵列通道，形成一列折射率相异的流体微透镜阵列；

19、s3、将流体微透镜阵列置于显微光学平台中，实时测量其焦距和成像特征；

20、s4、通过数据分析与反馈，实时调控液体材料的流速比，进一步调控流体微透镜阵列的光学特性，从而获得多焦距且实时可调的流体微透镜阵列。

21、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

22、该基于3d打印的光流控多焦距流体微透镜阵列芯片设计合理，通过调控液体材料的流速，流经树状形微通道后形成折射率呈梯度分布的液流支流，形成多焦距流体微透镜阵列，实现焦距的实时可调，操作简便；并且结构简单，便于实施，成本相对较低。

技术特征：

1.一种光流控多焦距流体微透镜阵列芯片，其特征在于：包括：

2.如权利要求1所述光流控多焦距流体微透镜阵列芯片，其特征在于：包括光流控芯片，所述一组液体材料样品进口、树状形微通道、z字形微通道、微透镜阵列通道以及样品出口均集成设置在光流控芯片上。

3.如权利要求1所述光流控多焦距流体微透镜阵列芯片，其特征在于：所述微透镜阵列通道结构中的单个透镜为三维平凸透镜，并且所有微透镜的尺度都相同。

4.如权利要求1所述光流控多焦距流体微透镜阵列芯片，其特征在于：所述光流控芯片中的微结构包括两种高度，所述样品进口、样品出口、树状形微通道以及z字形微通道的高度小于微透镜阵列通道的高度。

5.如权利要求1所述光流控多焦距流体微透镜阵列芯片，其特征在于：所述样品进口和样品出口均为圆形通道。

6.如权利要求1所述光流控多焦距流体微透镜阵列芯片，其特征在于：所述树状形微通道为矩形微通道组合而成的通道结构。

7.如权利要求2所述光流控多焦距流体微透镜阵列芯片，其特征在于：所述光流控芯片是基于3d打印技术制作而成，其制作工艺不同于传统的光刻技术制作工艺。

8.如权利要求2所述光流控多焦距流体微透镜阵列芯片，其特征在于：还包括一载玻片，所述光流控芯片固定于载玻片上。

9.如权利要求7所述光流控多焦距流体微透镜阵列芯片，其特征在于：所述光流控芯片的制作流程：先利用3d打印技术直接打印出芯片的结构模具，再用聚二甲基硅氧烷倒膜形成光流控芯片。

10.一种利用如权利要求1至9任一项所述光流控多焦距流体微透镜阵列芯片进行多焦距流体微透镜阵列制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种光流控多焦距流体微透镜阵列芯片及其制备方法，其芯片包括层流液流调控模块、液流混合模块以及微透镜阵列模块；层流液流调控模块包括一组液体材料样品进口和树状形微通道，液体材料样品进口和树状形微通道相连，不同折射率且互溶的液体材料分别从不同的液体材料样品进口流入树状形微通道；液流混合模块包括z字形微通道，z字形微通道的一端连接树状形微通道，另一端连接微透镜阵列通道；微透镜阵列模块包括一组三维的平凸透镜和样品出口，透镜间利用微通道连接形成微透镜阵列通道结构；微透镜阵列通道的一端连接z字形微通道，另一端与样品出口相连。可形成多焦距流体微透镜阵列，实现焦距的实时可调。技术研发人员：梁莉,杜锦,张鹤云,左则文受保护的技术使用者：安徽师范大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2