РОЗДІЛ 2
ЛАБОРАТОРНА УСТАНОВКА ДЛЯ ВИГОТОВЛЕННЯ МІКРОЛІНЗ МЕТОДОМ ФОТОПОЛІМЕРИЗАЦІЇ ЛЕЖАЧОЇ КРАПЛІ
Для виготовлення мікролінз методом фотополімеризації лежачої краплі необхідно створити лабораторну установку, яка дозволить реалізувати задум. А також вибрати методи контролю та вимірювання параметрів створених елементів.
В даному розділі описуються схема розробленої нами лабораторної установки, яка базується на телевізійній оптико-цифровій системі (ТОЦС), та методики контролю і вимірювання форми мікролінз з спеціально написаним програмним забезпеченням. Проведено оцінку точності отримання результатів.
2.1. Характеристика методу виготовлення та основні способи контролю параметрів лінз
Для виготовлення мікролінз способом фотополімеризації лежачої краплі рідкої фотополімеризаційної композиції (РФПК) необхідно нанести краплю композиції на горизонтальну підкладку і заполімеризувати її за допомогою спеціального джерела випромінювання, як це схематично показано на рис. 2.1. Мікролінзи, виготовлені за такою схемою, визначаються формою крапель, які формуючись на гладкій підкладці, утворюють тіло обертання, мають плоско-опуклу форму, однорідні та працюють як фокусувальний пристрій за рахунок опуклої поверхні. Відомо, що плоско-опуклі лінзи мають додатну фокусну відстань, збирають падаюче світло і утворюють як дійсне, так і уявне зображення, яке спостерігають через лінзу при використанні її в якості збільшувального скла [17]. Такі лінзи використовуються в оптичних приймачах, збільшувачах, коліматорах і конденсаторах, часто парами з різними фокусними відстанями
Рис. 2.1. Схема методу виготовлення мікролінзи фотополімеризацією лежачої краплі.
Один із методів тестування мікролінз полягає у вимірюванні та контролі їх геометричної форми і конструктивних параметрів. Для визначення геометричних розмірів та поверхні мікролінз класичні контактні методи, наприклад, метод контролю поверхні та радіусу кривизни з допомогою пробних скелець [15] у даному випадку використати не можна з декількох причин. По-перше, через відсутність такого набору, по-друге, полімерні матеріали м'які і дуже легко дряпаються та ушкоджуються, по-третє, через відносно малі розміри мікролінз.
Для таких задач застосовують оптичні методи, зокрема інтерференційний метод оцінки хвильового фронту поза елементом [3], який використовує фазозсувний інтерфереметр Маха-Цендера [105]. Тут фазова структура прохідна і оптична хвиля терпить фазовий зсув, який пропорційний розподілу різниці оптичних шляхів вздовж напрямку поширення оптичної хвилі. Інтерферометр, який забезпечує суперпозицію хвильового фронту за елементом з плоскою опорною хвилею, змінює фазовий розподіл на розподіл інтенсивності в інтерференційній картині, за якою і визначають радіус кривизни мікролінзи та відхилення від заданої фазової структури.
Відомий і дуже поширений спосіб, який використовується для вимірювання поверхневого натягу, грунтується на розрахунку профільного зображення краплі [30]. Згідно цього методу, однією з основних задач є отримання чіткого зображення (профілю) мікролінзи з подальшим його оцифруванням та обробкою з допомогою персонального комп'ютера [22]. Найпростіший спосіб отримання профілю мікролінзи - проекційний, коли збільшене зображення краплі отримується на екрані (наприклад, на міліметровому папері). Даний спосіб придатний тільки для грубої оцінки геометричних розмірів і при важливих дослідженнях він не застосовується. Достатньо чіткий профіль можна отримати, якщо використати в установці вимірювальний мікроскоп, який може забезпечити вимірювання координат з похибкою. Використання мікроскопів виправдане, коли проводиться невелике число вимірювань. Коли ж число точок профілю, що аналізуються, складає кілька десятків, процедура вимірювання стає надто втомливою. Більш поширений спосіб отримання зображення мікролінзи - фотографування на фотопластинку або фотоплівку, перший випадок - це є проекційний спосіб отримання зображення, у другому випадку фотоапарат працює у парі з мікроскопом. У способах отримання зображення краплі, що описані вище, її профіль видно як чітку межу між двома контрастними областями. Існує інший спосіб отримання контуру краплі - стріаскопічний, який полягає в тому, що із всієї інтерференційної картини, котра спостерігається у площині зображення при проходженні світла від лазера через досліджуваний об'єкт, може бути виділена тільки одна світла інтерференційна смуга. Цього досягають використовуючи маску - об'єкт, яку розміщують у фокусі конденсорної лінзи, і концентричну з нею діафрагму, розташовану приблизно посередині між лінзою і маскою.
Проте описані методи реєстрації та обробки зображення є довготривалими і вимагають виконання великої кількості операцій, які автоматизувати складно або практично неможливо. Саме тому ці методи малоефективні. Найсучасніший метод вимірювання поверхневих явищ і контролю параметрів мікроелементів базується на відеосистемах [34,42,43,48]. Серед них найефективнішими вважаються системи, що містять напівтонову ПЗЗ-камеру (камера на пристрої з зарядовим зв'язком) з відповідним інтерфейсом. Збільшене об'єктивом зображення мікролінзи приймається відеокамерою. Далі сигнал поступає у відеопроцесор, де відбувається його оцифрування. При цьому кожен піксел характеризується певним числом рівнів яскравості. Оцифроване зображення поступає в комп'ютер, де здійснюється його обробка.
2.2. Лабораторний пристрій для виготовлення мікролінз
Розробляючи лабораторну установку для виготовлення мікролінз було на меті об'єднати пристрої для виготовлення мікролінз та пристрої для контролю процесу виготовлення і вимірювання параметрів лінз. Тому експериментальний лабораторний стенд складається з засобів нанесення краплі, її формування та затвердіння, а також сукупності оптичних, електронних і обчислювальних пристроїв, призначених для формування та аналізу зображення краплі, утвореного оптичним випромінюванням.
На рис. 2.2, показано блок схему устан