[发明专利]多曲面多曲率表面铺展微透镜的激光制造装置及方法

说明书

本发明公开了多曲面多曲率表面铺展微透镜的激光制造装置及方法，首先从UV胶滴的多曲面多曲率微透镜光轴开始，利用非接触和非破坏性数字光学检测的机器视觉检测透镜轮廓将数据反馈给PC，通过PC调控以微透镜光轴中心为放大原点调节以孔中心为放大原点可调节孔径掩膜的直径，使UV胶滴顶冠的曲面类型和曲率半径吻合目标光学设计的非球面形和曲率的要求，再控制紫外固化激光束进行预固化。再通过调控高压来调控UV胶滴顶冠、被固化的外围曲面类型和曲率半径，使UV胶滴顶冠的曲面类型和曲率半径吻合目标光学设计的非球面形和曲率的要求再次控制紫外固化激光束进行预固化，进而实现激光原位固化多曲面曲率铺展表面微透镜的成形制造。

技术领域

本发明涉及光学非球面微透镜的激光制造装置及方法，特别是关于多曲面多曲率透镜的微型化制造并且可以嵌入芯片同时灵敏度满足生物技术要求的荧光检测。

背景技术

荧光光谱微检测由于选择性好和能作痕量定性分析，已成为生物芯片领域中应用最广泛和灵敏度最高的检测技术。空间飞行器内有害微生物威胁航天员健康和腐蚀材料，在航天器上装备生物危害实时自动报警系统是十分必要和迫切的。杨宏在《我国空间站面临的新挑战》中指出痕量分析核心是通过荧光PCR定量分析方法，对目标微生物特异性核酸片段实现痕量检测。

目前在面向空间应用中，荧光检测技术还能够实时动态的观察细胞内荧光分子的强度和分布，从而对目标分子进行定性、定位和半定量的分析，已经广泛应用于活细胞的生物效应的动态研究。使用可遥控操作共聚焦荧光显微镜进行多种荧光观察的应用。在空间环境中动态研究细胞形态变化、基因和蛋白表达、分子激活、分子转位和药物对抗防护等内容，从细胞和分子水平探讨空间因素对机体产生影响的机制。

由于面向空间应用的实质是实现重量轻体积小和全自动检测。这与生物芯片的荧光光谱微检测理念，即“功能集成和结构缩微”是一致的。因此，面向空间应用荧光光谱微检测系统的研究，将在移植微流控生物芯片荧光微检测系统基础上进行。

在面向“功能集成和结构缩微”荧光光谱微检测系统的研究过程中面临的问题是，光谱微检测系统中多使用通用的光电倍增管(PMT)或电荷耦合元件(CCD)进行光电转换，这些元件及其配套的光路系统体积大，不可能嵌入生物芯片中。由于在非通用器件的体积缩微到可嵌入芯片后，微检测系统的灵敏度会有很大下降，达不到到生物技术要求。这已是目前各国急求解决的生物芯片发展“瓶颈”。

Song K H等在《Aspherical Lens Design and Injection Mold Analysis UsingExtracted Shape Information》文中提出的非球面透镜和Gutierrez C E等在《Aspherical lens design》文中提出的非球面透镜设计，以及本研究组前期成果表明:具有特定曲面形状的光学微透镜可增大系统的光子采集总量，微透镜与微检测工作端面高精度地同光轴粘合可增大系统的光强聚焦效率。这是一个在目前光电元器件发展水平基础上，解决上述问题的最有效和可实现的途径。已经研究的如吴坚，郑阳等提出的《原位成型式光学微透镜的激光微制造装置及方法》是单曲率曲面微透镜(椭圆非球面/抛物线非球面/曲线非球面)虽然可以体积缩微条件下，有效地不同程度地提高荧光光谱微系统的灵敏度，但能最大提高光子采集总量和光强聚焦效率的光学设计最佳方案是，由多曲面多曲率组合表面的微透镜。

目前国内外的光学微透镜有多种生产工艺技术，与本发明使用方法类似的有RPM技术(或3D打印技术)。它们的技术实质是，将任何复杂的东西，在X，Y轴方向切成片，然后在Z轴方向叠加。其好处是，用片层分解对应任何复杂的东西。其坏处是，任何复杂或简单的东西，都必须通过片层叠加来实现，很难简化。