[发明专利]一种曲面复眼透镜的制作方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种曲面复眼透镜的制作方法及装置，具体涉及一种基于微滴喷射与光固化技术在曲面基底上获得复眼透镜的制作方法及装置。

背景技术

曲面仿生复眼具有体积小、重量轻、视场大、灵敏度高等优点，在军事、医疗、航天航空、特殊目标搜索与跟踪、身份识别、测速和均匀照明等领域都有广阔的应用前景，其中，曲面复眼透镜的制作是实现仿生复眼成像系统上述优点的关键技术。

曲面复眼透镜的制作瓶颈主要体现在如何在曲面基底上实现微透镜阵列的制造。传统的曲面复眼透镜制作技术，采用单个小眼透镜独立制作，然后拼接组合成曲面排布的微透镜阵列，其制造过程复杂、效率低、而且装调困难，难以实现小型化和集成化。现有较为先进的曲面复眼透镜制作技术：如直接加工法，采用特殊设备在三维曲面基底上直接进行激光刻蚀或单点金刚石加工，实现微米级复眼透镜制造，但工艺复杂，效率低，成本高。薄膜变形法是基于光刻技术首先在弹性材料的基底上制作平面复眼透镜，然后通过气压差使得基底薄膜产生变形，从而获得曲面复眼透镜，由于密封性能及基底变形程度等原因，导致无法获得精确的曲率和较为复杂的形状。因此，曲面复眼透镜的高效率、高精度及低成本的制作技术，已成为目前制约人工曲面复眼发展和应用的瓶颈。

另一方面，利用喷射点胶技术制造微透镜阵列操作简单、高效率，例如于2013年8月28日授权公告的公告号为CN102253437B、名称为“一种微透镜阵列的制备方法”的中国发明专利，然而利用该技术制造的微透镜阵列只仅能实现平面微透镜的制造，仍然无法突破在曲面基底上直接成型微透镜阵列的屏障。

发明内容

本发明针对现有曲面复眼透镜制作技术中存在的上述不足，提供了一种利用微滴喷射和光固化技术实现在曲面基底上制作曲面复眼透镜的方法及装置，通过该方法及装置制作曲面复眼透镜具有操作简单、高效率、高精度和低成本等优点，且可根据需要获取具有不同曲率及形状的曲面微复眼透镜。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种曲面复眼透镜的制作方法，将欲加工的曲面基底固定在一个可以在三维空间内多轴旋转的转台上；调节曲面基底与喷射装置的喷嘴之间的相对位置，令喷嘴沿法线方向正对曲面基底顶部的外表面；启动喷射装置，在曲面基底外表面的顶部形成微液滴，再利用光固化装置使该微液滴固化为微透镜；之后，旋转转台，将曲面基底的下一个喷射工位旋转至顶部，经过微滴喷射及光固化再次形成微透镜；最后，按照事先规划好的喷射路径如此循环操作，在整个曲面基底的外表面形成按照一定规则排列的微透镜阵列，即为所述曲面复眼透镜。

优选地，该制作方法利用CCD图像传感器采集曲面基底的图像，通过控制系统处理得到曲面基底顶点的坐标，以此为依据将所述喷嘴沿法线方向正对曲面基底顶部的外表面。

一种曲面复眼透镜的制作装置，包括框架、用于固定欲加工的曲面基底的转台、直接或间接安装在框架上可带动转台在三维空间内多轴旋转的旋转装置、安装在框架上位于转台上方的喷射装置、安装在框架上也位于转台上方的光固化装置以及控制系统。

优选地，进一步包括可带动旋转装置及其上转台或者喷射装置平移或升降的XY运动平台或/和Z轴升降平台；还包括CCD图像传感器，该CCD图像传感器安装在所述框架上，位于所述转台的上方，其用以采集所述曲面基底的图像，并将该图像传输给控制系统，通过控制系统处理得到曲面基底顶点的坐标。

优选地，所述的旋转装置包括至少两根伸缩机构、旋转工作台以及旋转电机；每根伸缩机构的下端直接或间接铰接安装在框架上，上端铰接在旋转工作台上，且各根伸缩机构在圆周方向均匀分布，该伸缩机构包括固定杆及可相对固定杆伸缩的移动杆；该旋转电机的定子部分与所述的旋转工作台连接，动子部分与所述的转台连接。

优选地，所述的伸缩机构进一步包括可起到导向作用的导向杆。

优选地，所述的伸缩机构通过一直线电机实现伸缩，该直线电机的定子即为所述的固定杆，该直线电机的动子即为所述的移动杆，且该直线电机的定子通过一个铰链直接或间接连接在框架上，该直线电机的动子通过一个球铰链连接在所述的旋转工作台上。

优选地，所述的XY运动平台安装在所述框架上，所述的旋转装置安装在该XY运动平台上，该XY运动平台用以实现旋转装置在X、Y方向上的移动；所述的Z轴升降平台安装在所述框架上，所述的喷射装置安装在该Z轴升降平台上，该Z轴升降平台用以实现该喷射装置沿着Z向进行运动。