双面镜片制作方法.pdf

本发明提供一种双面镜片制作方法，其包括以下步骤。首先，制作两个透镜预成形体，该两个透镜预成形体的材料为为高分子材料，分别具有第一表面及与第一表面相对的第二表面；每个第二表面分别具有多个透镜结构。其次，对该两个透镜预成形体进行氧气等离子体表面改性处理，以使两个透镜预成形体的第二表面的高分子材料形成具有不可逆键合性质的基团。再次，将两个透镜预成形体的第二表面相接触，使两个透镜预成形体贴合形成双面透镜预成形体。最后切割该双面透镜预成形体形成多个双面镜片。该双面镜片制作方法简单且效率高，由此得到的双面镜片光学成像质量高。

1.  一种双面镜片制作方法，其包括以下步骤：
制作两个透镜预成形体，所述两个透镜预成形体为高分子材料，所述两个透镜预成形体分别具有第一表面及与第一表面相对的第二表面，每个第二表面分别具有多个透镜结构；
对所述两个透镜预成形体进行氧气等离子体表面改性处理，以使每个透镜预成形体的第二表面的高分子材料形成具有不可逆键合性质的基团；
将两个透镜预成形体的第二表面相接触，通过两个第二表面的具有不可逆键合性质的基团之间发生不可逆键合，使两个透镜预成形体贴合形成双面透镜预成形体；
在相邻透镜结构之间沿平行于透镜结构的中心光轴方向切割所述双面透镜预成形体形成多个双面镜片。

2.  如权利要求1所述的双面镜片制作方法，其特征在于，所述两个透镜预成形体均由表面具有Si-CH3基团的聚二甲基硅氧烷材料制成。

3.  如权利要求2所述的双面镜片制作方法，其特征在于，所述双面镜片制作方法进一步包括提供模具，用以制作所述透镜预成形体，所述模具具有与多个透镜结构相对应的多个微结构。

4.  如权利要求3所述的双面镜片制作方法，其特征在于，所述微结构呈阵列排布。

5.  如权利要求3所述的双面镜片制作方法，其特征在于，所述透镜预成形体采用旋转涂布法将熔融态的聚二甲基硅氧烷涂布于模具，固化后经翻模得到透镜预成形体。

6.  如权利要求1所述的双面镜片制作方法，其特征在于，所述透镜预成形体由聚甲基丙烯酸甲酯或聚对苯二甲酸二乙酯材料制成。

7.  如权利要求1所述的双面镜片制作方法，其特征在于，所述氧气等离子体表面改性处理采用真空氧气等离子体清洗机。

8.  如权利要求1所述的双面镜片制作方法，其特征在于，所述氧气等离子体表面改性处理的氧气起辉电压控制在1500V至1600V，处理时间控制在70秒至60秒。

9.  如权利要求1所述的双面镜片制作方法，其特征在于，在对所述两个透镜预成形体进行氧气等离子体表面改性处理步骤与将所述两个透镜预成形体的第二表面相接触步骤的时间间隔为3分钟至5分钟。

10.  如权利要求1所述的双面镜片制作方法，其特征在于，所述双面镜片制作方法进一步包括在贴合形成双面透镜预成形体之后，将所述双面透镜预成形体放置在90度至120度温度条件下，保温1.5小时至2小时的保温步骤。

双面镜片制作方法
技术领域
本发明涉及镜片制作技术领域，特别涉及一种双面镜片制作方法。
背景技术
软微影(Softlithography)制程作为一种制作微小尺寸光学元件的方法，其利用翻模、转移的方式快速地制作微尺寸的结构，而且其成本便宜，具有比光微影(Photolithography)高的分辨率。请参阅文献：Teng-Kai Shin，Jeng-Rong Ho，and J.-W.John Cheng，A New Approach to Polymeric Microlens Array Fabrication Using SoftReplica Molding，IEEE Photonics Technology Letters，vol.16，no.9，2004。软微影制程依原理的不同可分为五种，分别为：
1.复制模塑(replica molding，REM)；
2.微转印模塑(microtransfer molding，MTM)；
3.毛细管微模塑(micromolding in capillaries，MIMIC)；
4.溶剂辅助微模塑(solvent-assisted micromolding，SAMIM)；
5.微接触微影(microcontact printing，MCP)。
复制模塑是利用熔融态的预聚高分子设置于一个模具的模压面上，然后经固化、翻模(即移去模具)，即得到具有与模压面相对应的微结构的光学元件。然而，该方法仅使用一个模具制作镜片，因此由此所制作的光学元件只有一面具有微结构，不能满足制作双面镜片的要求。
发明内容
因此，有必要提供一种双面镜片制作方法，以提高双面镜片的光学性能。
以下将以实施例说明一种双面镜片制作方法。
所述双面镜片制作方法，其包括以下步骤：首先，制作两个透镜预成形体，该两个透镜预成形体的材料为为高分子材料，该两个透镜预成形体分别具有第一表面及与第一表面相对的第二表面；每个第二表面具有多个透镜结构。其次，对该两个透镜预成形体进行氧气等离子体表面改性处理，以使该两个透镜预成形体的第二表面的高分子材料形成具有不可逆键合性质的基团。再次，将两个透镜预成形体的第二表面相接触，通过两个第二表面的具有不可逆键合性质的基团之间发生不可逆键合，使两个透镜预成形体贴合形成双面透镜预成形体。最后沿透镜结构的边缘切割该双面透镜预成形体形成多个双面镜片。
与现有技术相比，该双面镜片制作方法对将具有第一表面及第二表面的透镜预成形体，经过氧气等离子体表面改性处理，在高分子表面形成具有不可逆键合性质的基团。两个透镜预成形体的第二表面接触后，该具有不可逆键合性质的基团之间发生不可逆键合形成具有强结合力的共价键，使两个透镜预成形体贴合形成具有双面透镜结构的双面透镜预成形体，切割后即可得到多个双面镜片。该制作方法简单且效率高，由此得到的双面镜片缩短聚焦长度，有效提升光学成像质量。
附图说明
图1是本技术方案实施例提供的模具的结构示意图。
图2是本技术方案实施例提供的模具制作透镜预成形体的示意图。
图3是本技术方案实施例提供的透镜预成形体的结构示意图。
图4是本技术方案实施例提供的双面透镜预成形体的结构示意图。
图5是本技术方案实施例提供的双面镜片的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本技术方案实施例提供的双面镜片制作方法作进一步详细说明。
请参阅图1至图4，本技术方案实施例提供的双面镜片制作方法包括以下步骤。
第一步，提供模具10。
请参阅图1，该模具10具有模压面11，该模压面11设有多个微结构12。该微结构12呈阵列排布，用于形成与该微结构12相对应的具有阵列排布的透镜结构。该微结构12可为具有球面或非球面的微结构，也可为内凹或外凸的微结构，其具体结构可根据所需制作的镜片形状而定。
本实施例中，提供模具10，该模具10的模压面11设有多个内凹的微结构12，以备后续制作具有外凸的透镜结构的透镜预成形体使用。可以理解，该模具10的模压面11也可设置多个外凸的微结构，以备制作具有内凹的透镜结构的透镜预成形体使用。
模具10可以采用塑料、金属等具有一定刚性的材料制作。优选地，模具10以铝作为基材，该基材根据设计参数通过超精加工形成模具10。该模具10还可进一步经过脱模处理，以便于后续自模具10取下已成型的镜片，避免粘膜现象。
第二步，通过复制模塑方法制作透镜预成形体20。
请参阅图2，将一定体积的熔融态的高分子材料201设置于模具10的模压面11。然后固化该高分子材料201形成与模具10相对应的结构，最后经过翻模得到透镜预成形体20，如图3所示。该高分子材料201可以为聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylic，PMMA)、聚对苯二甲酸二乙酯(Polyethyleneterephathalate，PET)等高分子材料，且该高分子材料在后续氧气等离子体表面处理过程中，可形成具有不可逆键合性质的基团。本实施例中，采用旋转涂布(Spin Coating)法将熔融态的聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)涂布于模具10的模压面11，并通过控制所涂布PDMS的厚度，来控制透镜预成形体20的厚度。然后在125℃的温度下烘烤(Curing)15分钟，经翻模即可得到透镜预成形体20。当然，也可采用沉积、喷涂或直接滴入等方式将高分子材料201置于模压面11。
该透镜预成形体20具有与模具10的模压面11形状相对应的第一表面21及与第一表面21相对的第二表面22。该第一表面21具有与微结构12相对应的透镜结构23。该透镜结构23与微结构12相对应是代表：当模具10具有内凹的微结构12，该透镜预成形体20具有外凸的透镜结构23；当模具10具有外凸的微结构12，该透镜预成形体20具有内凹的透镜结构23。
本实施例中，模具10具有多个内凹的微结构12，相应地，所形成的透镜预成形体20具有与多个的内凹的微结构12相对应的外凸的透镜结构23，该透镜结构23呈阵列排布，第二表面22为平面。
通过所述复制模塑方法制作两个透镜预成形体20，用于形成双面透镜预成形体。本实施例中，采用模具10由PDMS制作具有多个外凸的透镜结构23的两个透镜预成形体20。当然，该两个透镜预成形体20也可分别采用相同的其它高分子材料制成或者采用不同的高分子材料制成，只要能实现不可逆键合即可。
第三步，透镜预成形体20进行等离子体表面改性处理。
本实施例中，通过氧气等离子体对该两个透镜预成形体20的第二表面22进行表面改性处理，使组成透镜预成形体20的第二表面22的高分子材料201的烷基转化为羟基。本实施例中，高分子材料201为PDMS。具体地，将两个透镜预成形体20放入真空氧气等离子体清洗机中进行表面改性处理。PDMS经氧气等离子体表面处理之前，第二表面22的PDMS包括以Si-CH₃基团(即烷基)，表现出强疏水性。而等离子体产生的氧自由基非常活泼，容易与碳氢化合物发生反应，故经氧气等离子体表面处理后的第二表面22的PDMS形成大量的Si-OH基团(即羟基)，表现出强亲水性。该Si-OH基团之间易发生缩合反应，从而生成强度很高的Si-O-Si共价键，实现不可逆的键合。
在真空氧气等离子体清洗机中进行表面改性处理时，通过向清洗机的真空腔中充入纯氧，再抽真空至27Pa。如此反复充抽2至3次，关闭氧气，即可使真空腔腔底的压强达到27Pa。然后，施加1400V至2000V的电压使腔内氧气起辉，从而产生氧气等离子体。如此抽真空再充氧气通过反复充抽纯氧，即可达到高真空形成的氧气纯度。抽真空可采用油泵或扩散泵、分子泵等真空泵。
另外，键合强度不仅与氧气起辉电压有关，而且与氧气等离子体对透镜预成形体20的处理时间有关。优选地，当氧气起辉电压控制在1500V至1600V之间时，处理时间控制在70秒至60秒。
第四步，贴合两个透镜预成形体20。
将该两个透镜预成形体20的两个第二表面22相对设置，使一个透镜预成形体20的每个透镜结构23的中心光轴与另一个透镜预成形体20的每个透镜结构23的中心光轴位于同一直线上。然后两个第二表面22接触，利用Si-OH基团不可逆的键合性质，使两个透镜预成形体20通过缩合反应生成的Si-O-Si共价键的键合，从而相互贴合形成具有双面透镜结构的双面透镜预成形体30。
未经表面处理的第二表面22的PDMS表现为疏水性，而第二表面22的PDMS经氧气等离子体处理后，使第二表面22的PDMS产生Si-OH基团，表现为强亲水性。但是已进行表面处理的第二表面22的PDMS放置时间的延长，使第二表面22的PDMS的Si-OH基团逐渐减少，约24小时后，Si-OH基团基本消失，使第二表面22的PDMS基本恢复到疏水状态。该Si-OH基团具有不可逆的键合能力，如果第二表面22的PDMS的Si-OH基团减少，会使第二表面22的PDMS的贴合强度降低。因此对两个透镜预成形体20进行氧气等离子表面处理步骤与将该两个透镜预成形体20的第二表面22相接触步骤之间的时间间隔越短，其键合强度越高。优选地，该时间间隔控制在3至5分钟之内最佳。
为实现更好的贴合强度，在前述贴合形成双面透镜预成形体30之后，还可将该双面透镜预成形体30放置在90度至120度温度条件下(如烘箱)，保温1.5小时至2小时，使两个透镜预成形体20的第二表面22完全浸润，以提高由两个透镜预成形体20贴合形成的双面透镜预成形体30的稳定性。
第五步，切割双面透镜预成形体30。
请参阅图5，最后在该双面透镜预成形体30的相邻透镜结构之间沿平行于透镜结构23的中心光轴方向进行切割，形成多个双面镜片40。本实施例中，双面镜片40为双凸的双面镜片。切割时可使用晶圆切割机(图未示)对双面透镜预成形体30进行切割。该晶圆切割机为石英晶圆切割机、硅晶圆切割机或者紫外激光晶圆切割机。
可以理解，双面镜片40也可为双凹或一面凸一面凹的双面镜片。只要在第一步中提供具有相应结构的模具10，然后重复第二步至第五步即可制作具有双凹或一面凸一面凹的双面镜片40。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。