微透镜阵列制作技术研究

科技与创新┃Science and Technology & Innovation ·102·文章编号：2095－6835（2016）11－0102－02微透镜及其阵列研究概况＊王峥一，武伟璐，牛邦玉（中国民航大学中欧航空工程师学院，天津 300300）摘 要：介绍了微透镜及其阵列的产生与发展，分析和比较了微透镜的制备方法。

此外，结合微透镜的光学性质简述了微透镜的应用，并展望了微透镜的应用前景。

关键词：微透镜；阵列；光学元件；微光学中图分类号：TH74 文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2016.11.102随着近代科技的不断创新和突破，当前的机械、设备、元件都已朝着光机电一体化的趋势发展，人类已经悄然进入微型时代。

从重达27 t的世界上第一台电子计算机的诞生，到如今纳米级的元器件，仅不到百年的时间。

人类利用大自然的恩赐不断地创新与传承，促进着文明的进步和科技的发展。

早在一千多年前，人们把透明水晶或宝石磨成透镜用于放大影像，制作出了最早的透镜。

而如今，科学家们模仿苍蝇的复眼，创造出了只有用显微镜才能观察到的透镜。

这便是微透镜和微透镜阵列。

1 微透镜及其阵列的产生与发展1.1 微透镜及其阵列的产生在20世纪70年代，细微加工技术的应用促使微电子学诞生。

微电子学的诞生使电路实现了微型化。

但大部分功能器件仍是常规尺寸。

于是，在20世纪80年代初期，首先出现了微机械和微电器。

为了与这些微型元器件匹配，光学也必须进入微型化时代。

因此，在20世纪80年代中后期便出现了微光学。

1970年，美国康宁公司3名科研人员采用改进型化学气相沉积工艺和高温拉丝技术，成功地制作出芯径只有几十微米且传输损耗只有20 Db/km的低损耗石英光纤，开创了微小光学的新篇章。

科学的进步总是与技术的发展相得益彰，光学元件的微型化势必会向阵列元器件方向发展。

因此，在20世纪80年代中后期，一种新型的微光学阵列器件发展起来。

微透镜阵列光学器件的制备与应用光学器件是一类用来产生、传播、控制和检测光辐射的装置。

其中，微透镜阵列光学器件（micro lens array optical device）是一种用于进行光场模拟、成像、调制和耦合的重要光学器件。

本文将介绍微透镜阵列光学器件的制备与应用。

制备1. 加工技术微透镜阵列光学器件的制备主要包括两个过程：微透镜的加工和阵列的制备。

微透镜的加工工艺主要有两种：一种是表面加工法，另一种是体积加工法。

表面加工法主要是通过刻蚀、抛光、激光加工等方式制造微透镜。

体积加工法主要是通过光刻、电子束曝光等方式将透镜结构“写入”到聚合物或硅等物质中。

这两种加工技术都可以制造出高精度的微透镜。

2. 生长技术生长技术是一种新兴的微透镜制备方法。

该方法采用类似于半导体生长工艺的方法，在厚度为纳米级的生长晶体上形成微透镜结构。

这种技术可以生产具有高质量和可控性的微透镜。

应用1. 光学成像微透镜阵列光学器件可以通过多个微透镜将光线聚焦，从而形成图像。

应用在数码相机、手机摄像头、望远镜等光学成像领域，具有很好的效果。

此外，微透镜阵列光学器件还可以用于各种图像处理领域，如数字水印技术、三维成像等。

2. 显示技术微透镜阵列光学器件在显示技术上也有广泛应用。

它可以作为显示屏的整个背光源或背光改进部分的分组区域。

此外，还可以实现二维和三维图像的切换，具有重要的商业价值。

3. 光通信微透镜阵列光学器件在光通信技术上的应用非常广泛。

它可以用于微型光学系统中的耦合器、波分复用设备、光互连芯片和光开关等。

在光通信领域，它的应用可以显著提高光纤互连设备的效率。

总结微透镜阵列光学器件制备的技术不断发展和创新，其应用不断拓展和延伸。

未来，它将在更多的领域发挥出重要作用，推动光学技术的不断发展和进步。

微透镜阵列的设计、制作及与CCD的集成技术一、本文概述随着光学技术的不断发展，微透镜阵列作为一种重要的光学元件，其在光学成像、光电子器件、光通信等领域的应用越来越广泛。

微透镜阵列的设计、制作及与CCD（电荷耦合器件）的集成技术，是提升微透镜阵列性能、拓展其应用范围的关键环节。

本文旨在全面介绍微透镜阵列的基本概念、设计原理、制作方法，以及其与CCD的集成技术，为相关领域的研究人员和技术人员提供有益的参考。

本文将介绍微透镜阵列的基本概念和特点，阐述其在不同领域的应用价值。

然后，详细阐述微透镜阵列的设计原理，包括透镜形状、尺寸、间距等参数的确定，以及优化设计方法。

接着，介绍微透镜阵列的制作技术，包括模具制作、材料选择、加工工艺等，以及制作过程中可能遇到的问题和解决方法。

本文将重点探讨微透镜阵列与CCD的集成技术。

首先介绍CCD的基本原理和特性，然后详细阐述微透镜阵列与CCD的耦合技术，包括耦合方式的选择、耦合效率的提高等。

还将介绍集成后系统的性能测试和优化方法，以及集成技术在不同领域的应用实例。

通过本文的阐述，读者可以全面了解微透镜阵列的设计、制作及与CCD的集成技术，为相关领域的研究和应用提供有益的借鉴和指导。

二、微透镜阵列的设计微透镜阵列的设计是制造高质量成像系统的关键步骤。

微透镜阵列的设计涉及多个方面，包括透镜形状、尺寸、焦距、填充因子以及阵列的整体布局。

透镜的形状是设计的核心。

常见的微透镜形状有球面、非球面和柱面。

选择合适的形状可以优化成像质量和系统性能。

例如，非球面透镜能够减少像差，提高成像的清晰度。

透镜的尺寸和焦距决定了成像系统的放大倍数和视场。

设计过程中，需要根据实际应用场景确定合适的尺寸和焦距。

例如，在需要高分辨率成像的应用中，可能需要更小的透镜尺寸和更短的焦距。

填充因子也是设计中的重要参数。

填充因子指的是透镜占据其单元格的比例。

较高的填充因子可以提高成像系统的光利用率，但也会增加制造的难度。

模压微透镜阵列制作方法引言：微透镜阵列是一种常用于光学成像和显示技术中的关键元件。

其制作方法多种多样，其中模压方法是一种常见且有效的制备技术。

本文将介绍模压微透镜阵列的制作方法及其工艺流程。

一、材料准备在进行模压微透镜阵列制作之前，需要准备以下材料：1. 透明光刻胶：用于制作微透镜阵列的基底材料；2. 硅片：作为模具，用于制作微透镜的模板；3. 纳米压印机：用于进行模压加工的设备；4. 光源：提供光照条件；5. 显微镜：用于观察微透镜阵列的形貌。

二、工艺流程1. 制备模板：使用光刻工艺将硅片上的图案进行曝光和显影，形成微透镜的模板。

模板的形状和大小可以根据需求进行设计和优化。

2. 涂覆光刻胶：将透明光刻胶均匀涂覆在基底材料上，通过旋涂等方法使其形成一定的厚度和均匀的膜层。

3. 模压加工：将制备好的模板与涂覆了光刻胶的基底材料放置在纳米压印机中，调整好压力和温度参数后进行模压加工。

通过施加压力和温度使模具上的微透镜图案传递到光刻胶层上，形成微透镜阵列的结构。

4. 硬化光刻胶：将模压加工后的光刻胶进行硬化处理，通常使用紫外光照射或热处理方法进行。

5. 分离模板：将硬化后的光刻胶与模板进行分离，通常使用化学溶解或机械剥离的方法。

6. 检测与清洗：使用显微镜对制备好的微透镜阵列进行形貌检测，确保微透镜的形状和尺寸符合要求。

然后，使用合适的溶剂对微透镜阵列进行清洗，去除残留的光刻胶和污染物。

7. 测试与封装：将清洗干净的微透镜阵列进行光学性能测试，如聚焦能力和透光率等。

最后，根据具体的应用需求，对微透镜阵列进行封装，以保护其结构和性能。

三、优缺点模压微透镜阵列制作方法具有以下优点：1. 制备简单：相比于其他制备方法，模压方法操作简单，不需要复杂的设备和工艺流程。

2. 高精度：模压方法可以制备出具有高精度的微透镜阵列，能够满足许多高精度光学应用的需求。

3. 批量生产：模压方法可以实现对大面积基底材料的批量制备，适用于大规模生产需求。

微透镜阵列光学系统的设计与制造随着科技的不断发展，微型化技术的应用越来越广泛。

其中，微透镜阵列光学系统既是一种微型化技术，也是一种光学应用技术。

它可以被广泛应用于光学成像、光学传感、光学显示、光学通信等众多领域。

在本次文章中，我们将探讨微透镜阵列光学系统的设计与制造。

一、微透镜阵列光学系统的原理微透镜阵列光学系统是通过在平面上堆积多层透镜阵列的方式来形成微型化的光学系统。

其原理是利用透镜的成像原理来对传入的光进行聚焦和分离。

在阵列中，不同的透镜可以聚焦和分离不同的波长和角度的光，进而实现复杂的光学效果。

二、微透镜阵列光学系统的设计流程微透镜阵列光学系统的设计流程主要分为以下三个步骤：1、确定系统需求并进行系统仿真在进行微透镜阵列光学系统设计时，首先需要明确系统的需求和性能指标，进而选定合适的透镜类型和阵列结构。

然后，可以运用光学仿真软件来进行系统仿真，验证系统设计参数是否能够满足要求。

2、设计和优化微透镜阵列在确定好系统需求和仿真结果之后，就可以开始设计微透镜阵列的结构。

微透镜阵列的设计需要考虑各种因素，如透镜直径、透镜间距、透镜形状、透镜材料等，进而通过优化设计来改善系统的性能。

3、制造微透镜阵列经过设计和优化之后，就需要制造微透镜阵列。

微透镜阵列的制造过程包括掩模制备、光刻、干蚀刻和抛光等步骤。

其中，掩模制备和光刻是制造微透镜阵列最关键的步骤之一。

三、微透镜阵列光学系统的制造工艺微透镜阵列光学系统的制造工艺主要包括以下几个步骤：1、掩模制备掩模制备是制造微透镜阵列的第一步，其主要目的是利用光刻技术制备高质量的掩模模板。

掩模可以是光刻胶或金属膜制成的图案。

在微透镜阵列制备中，掩模的准确性和稳定性非常重要，直接关系到制造微透镜阵列的质量。

2、光刻光刻是将掩模模板上的图案通过光刻技术转移到光刻胶或者金属膜上的过程。

在光刻时，需要控制光线的波长、强度和角度等参数，进而得到高精度的微透镜阵列。

3、干蚀刻干蚀刻是通过物理或化学方式，将掩模模板上的图案转移到光刻胶或者金属膜上的过程。

ＩＳＳＮ１００６－７１６７ＣＮ３１－１７０７／ＴＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＩＮＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ第３９卷第１２期　Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．１２２０２０年１２月Ｄｅｃ．２０２０　微透镜阵列超精密加工实验教学探索张胜辉ａ，　刘　强ａ，　赵荣丽ａ，ｂ，　成思源ａ，　冷杰武ａ（广东工业大学ａ．省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室，ｂ．广东省微纳加工技术与装备重点实验室，广州５１０００６）摘　要：微透镜阵列被广泛应用于军用及民用领域的许多新型光学系统中，其结构尺寸为微米级，加工精度要求高。

为了培养机械类学生的工程实践能力及动手能力，基于广东省微纳加工技术与装备重点实验室研发的微结构微冲压机床，探讨了其工艺过程及原理，学生通过掌握微冲压机床的工作原理、加工技术，设计加工工件参数及实验方法，在模具钢上加工微米级的微透镜阵列，并用在位测量系统测量其加工精度。

通过本实验有助于学生掌握机械领域的先进知识，锻炼学生的动手能力、设计能力。

关键词：微透镜阵列；超精密加工；实验教学；创新能力中图分类号：Ｇ６４２．０ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６－７１６７（２０２０）１２－０１８４－０４ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＴｅａｃｈｉｎｇＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｏｎＵｌｔｒａ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎＭａｃｈｉｎｉｎｇｏｆＭｉｃｒｏＬｅｎｓＡｒｒａｙｓＺＨＡＮＧＳｈｅｎｇｈｕｉａ，　ＬＩＵＱｉａｎｇａ，　ＺＨＡＯＲｏｎｇｌｉａ，ｂ，　ＣＨＥＮＧＳｉｙｕａｎａ，　ＬＥＮＧＪｉｅｗｕａ（ａ．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｂ．ＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｉｃｒｏ ＮａｎｏＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｉｃｒｏｌｅｎｓａｒｒａｙｓａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｎｅｗｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓｉｎｍｉｌｉｔａｒｙａｎｄｃｉｖｉｌｆｉｅｌｄｓ．Ｔｈｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌａｃｃｕｒａｃｙｉｓｍｉｃｒｏｎ，ｈｅｎｃｅ，ｈｉｇｈｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｉｓｒｅｑｕｉｒｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｃｕｌｔｉｖａｔｅｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌａｂｉｌｉｔｙｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｔｕｄｅｎｔｓ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｐｕｎｃｈｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｒｏｖｉｎｃｉａｌｋｅｙｌａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆｍｉｃｒｏ ｎａｎｏｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏｐｕｎｃｈｉｎｇｍａｃｈｉｎｅａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｂｙｍａｓｔｅｒｉｎｇｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏｐｕｎｃｈｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ，ｔｈｅｗｏｒｋｐｉｅｃｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｍｅｔｈｏｄａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｎｌｅｖｅｌｍｉｃｒｏｌｅｎｓａｒｒａｙｉｓｍａｃｈｉｎｅｄｏｎｔｈｅｍｏｌｄｓｔｅｅｌｂｙｓｔｕｄｅｎｔｓ．ＴｈｅｍａｃｈｉｎｉｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆＭＬＡｓｉｓｍｅａｓｕｒｅｄｂｙｔｈｅｏｎ ｓｉｔｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｉｓｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ，ｓｔｕｄｅｎｔｓｃａｎｇｒａｓｐｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｋｎｏｗｌｅｄｇｅｉｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆｉｅｌｄ，ａｎｄｅｘｅｒｃｉｓｅｔｈｅｉｒｐｒａｃｔｉｃａｌａｂｉｌｉｔｙａｎｄｄｅｓｉｇｎａｂｉｌｉｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｌｅｎｓａｒｒａｙｓ；ｕｌｔｒａ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｍａｃｈｉｎｉｎｇ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅａｃｈｉｎｇ；ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅａｂｉｌｉｔｙ收稿日期：２０１９ １２ １８基金项目：国家自然科学基金青年基金项目（５１６０５１０１）；广东省高等教育教学改革项目（粤教高函［２０１６］２３６号，粤教高函［２０１８］１号）；广东工业大学本科教学工程项目（广工大教字［２０１７］１０１号，［２０１９］７０号）作者简介：张胜辉（１９７４－），男，广东河源人，硕士，实验师，从事机电传动与控制、数据库原理及应用的实验教学与研究。

基于micro-led微透镜阵列的光学设计及应用研究1. 引言1.1 概述本文主要研究基于micro-LED微透镜阵列的光学设计及应用。

随着科技的发展和人们对高质量显示和光通信等领域需求的增加，微LED技术作为一种新的光电子器件逐渐受到关注。

而微透镜阵列作为提高光学系统性能的关键元件之一，在微LED技术中也扮演着重要角色。

1.2 文章结构本文共分为五个部分。

首先，在引言中对研究主题进行了概述，并介绍了文章的结构组成。

其次，在第2部分中，将对微LED技术进行概述，并介绍微透镜阵列的背景知识。

第3部分将探讨光学设计方法的研究，包括光学系统基本理论、基于微透镜阵列的设计原理分析以及常用优化算法的应用。

在第4部分中，将详细探讨基于micro-LED微透镜阵列的光学应用研究，包括显示器件中的设计与模拟研究、光通信中微LED与微透镜结合的应用探索以及生物医学领域中基于微透镜阵列的激光成像技术研究。

最后，在第5部分中，将对研究进行总结，并提出存在的问题和下一步的研究展望。

1.3 目的本文的目的是探索基于micro-LED微透镜阵列的光学设计及应用。

通过对微LED技术、微透镜阵列以及光学设计方法进行深入研究，旨在为相关领域的技术发展提供理论支持和实践指导。

同时，通过具体的案例研究和应用探索，期望能够开拓micro-LED与微透镜结合在显示器件、光通信和生物医学领域等方面的新应用，并为相关产业提供创新思路和技术解决方案。

2. 微LED技术概述:2.1 微LED原理:微LED是一种基于发光二极管(LED)的新型显示技术。

它采用微米级的LED芯片作为显示像素，通过控制电流使其发出所需颜色的光。

微LED具有高亮度、高对比度、高刷新率和低功耗等优点，被认为是下一代显示技术的发展方向。

微LED原理是通过外加电压在特定材料中产生电子-空穴复合效应，从而导致LED芯片发射光线。

当正向电压施加到p端（带阳性杂质）,负向电压施加到n 断（带阴性杂质），会形成一个类似于pn结构的二极管。