一种照明光路系统及曝光光学系统技术方案

本发明专利技术提出三段式照明光路系统，包括：前段子系统，用于收集照明光路前端的匀光部件出射的光束，中段子系统，用于对前段子系统输出的光束进一步汇聚，后段子系统，用于将中段子系统汇聚后的光束投射至数字微镜器件上，通过调整中段子系统的焦距改变照明光路系统的放大倍率，从而可以选择较大的放大倍率来降低对匀光部件的加工要求。匀光部件的加工要求。匀光部件的加工要求。

【技术实现步骤摘要】
一种照明光路系统及曝光光学系统


[0001]本专利技术属于激光投影
，具体涉及一种照明光路系统。

技术介绍

[0002]DLP（Digital Light Processing：数字光学处理）技术是一种应用了DMD（Digital Micromirror Device：数字微镜器件）作为关键处理元件以实现数字光学处理过程的显像技术，正广泛应用于投影显示、特种照明以及光刻加工等领域。DLP系统通常包括光源、匀光部件（多采用匀光棒）、照明光路系统、数字微镜器件、投影光学系统。如图1所示的直写光刻机光学系统中，光源1产生的光束经准直后进入匀光部件2，进行均匀化后入射到照明光路系统3，照明光路系统3将匀光部件2出光位置的物面光投射（成像）到DMD 4的微镜阵列上，DMD作为光调制部件在对光束进行调制后投射到投影光学系统5进行成像。
[0003]在整个DLP系统中，照明光路系统对光束的处理效果直接决定了投影镜头最终的投影效果。照明系统的关键指标包括远心度、放大倍率、后截距、利用率等。而DMD作为核心部件，照明光路系统的设计也需要根据DMD的需求而定。照明光路系统投射到DMD微镜阵列上的光斑尺寸需要等于或略大于微镜阵列整体尺寸，这取决于照明光路系统的倍率。而现有技术中，如专利CN205388665U示出的照明光学系统，虽然能够兼容多规格的DMD，但由于其倍率较小，则要求匀光部件的出光面面积较大，在保证匀光效果的情况下匀光部件的长度必须足够长，而大尺寸的匀光部件加工难度大且成本高。此外该系统采用了非球面透镜，非球面透镜的加工工艺复杂同样导致成本过高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种照明光路系统，以克服现有照明系统前端需要大尺寸匀光部件导致加工难成本高的问题。为此，本专利技术采用如下的技术方案：一种照明光路系统，所述照明光路系统为远心光学系统，所述照明光路系统包括：前段子系统，用于收集照明光路前端的匀光部件出射的光束；中段子系统，用于对前段子系统输出的光束进一步汇聚；后段子系统，用于将中段子系统汇聚后的光束投射至数字微镜器件上；其中，所述照明光路系统通过调整所述中段子系统的焦距来改变所述照明光路系统的放大倍率。
[0005]优选地，所述任一子系统采用的透镜均为球面透镜。
[0006]优选地，所述前段子系统包括弯月形透镜，所述前表面的曲率半径大于后表面的曲率半径。
[0007]优选地，所述弯月形透镜的前表面和后表面非同心设置，所述前表面和所述后表面的球心距离大于10mm。
[0008]优选地，所述中段子系统包括第一双凹透镜和第一双凸透镜，在光束的传播路径上，所述第一双凸透镜在前，所述第一双凹透镜在后。
[0009]优选地，所述中段子系统还包括位于所述第一双凸透镜和所述第一双凹透镜之间
的凸平透镜，所述凸平透镜的出光面为近似平面。
[0010]优选地，所述后段子系统包括第二双凸透镜和偏转组件。
[0011]优选地，所述偏转组件包括反射镜和TIR棱镜，所述反射镜位于所述中段子系统和所述第二双凸透镜之间，所述TIR棱镜位于所述第二双凸透镜和所述数字微镜器件之间。
[0012]优选地，所述中段子系统的焦距与所述照明光路系统的放大倍率的乘积在150mm
‑
170mm范围内。
[0013]优选地，所述前段子系统与所述中段子系统之间的第一间距D1范围是15mm≤D1≤50mm，所述中段子系统与所述后段子系统之间的第二间距D2范围是50mm≤D2≤200mm，所述后段子系统与所述数字微镜器件之间的第三间距D3范围是50mm≤D3≤300mm。
[0014]优选地，所述照明光路系统的点列图rms在0.05
‑
0.15之间，100%点列图在0.2
‑
0.4之间。
[0015]与现有技术相比，本专利技术通过三段式系统结构设计，前段子系统、中段子系统和后段子系统相互之间影响较小，因此可根据前中后段子系统需求，分别设计其内部结构，从而提高该照明光路系统的容差性。通过对中段子系统的焦距设计改变照明光路系统的放大倍率，可使系统获得所需的合适倍率，从而降低前端匀光部件的加工难度。而后段子系统与数字微镜器件之前较大的间距使得系统后截距充足，利于丰富光路的转折设计。
附图说明
[0016]图1为本专利技术示例性直写光刻机的光学系统。
[0017]图2为本专利技术示例性照明光路系统。
[0018]图3为本专利技术照明光路系统第一偏转形式。
[0019]图4为本专利技术照明光路系统第二偏转形式。
[0020]图5为本专利技术照明光路系统第三偏转形式。
[0021]图6为中段子系统的焦距与照明光路系统倍率的对应示例。
[0022]图7为示例性的照明光路系统点列图。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术的技术方案更加清楚明了，下面将结合附图来描述本专利技术的实施例。
[0024]本专利技术的照明光路系统如图2所示，该照明光路系统为远心光学系统，采用临界照明方式。系统的物象方远心度小于10mrad，尽量降低照明光路系统远心误差对后续投影系统的影响。具体地，照明光路系统包括依次设置的前段子系统10、中段子系统20和后段子系统30。其中，前段子系统10用于将照明光路前端的匀光部件出射的光束收集进中段子系统20，中段子系统20用于对前段子系统10输出的光束进一步汇聚，后段子系统30则是将中段子系统20汇聚后的光束投射至数字微镜器件上。本专利技术的照明光路系统采用三段式系统架构，前段子系统、中段子系统和后段子系统相互之间影响较小，因此，可根据前中后三段子系统需求，分别设计其内部结构，从而提高该照明光路系统的容差性，增大扩展空间。
[0025]以下详细说明照明光路系统内各子系统的配置形式。
[0026]前段子系统10设计为仅包括弯月形透镜11，弯月形透镜11为球面透镜，其前表面和后表面非同心设置，前表面是指从匀光部件出射的光束进入弯月形透镜11的入射面，而
后表面是指光束的出射表面。优选地，前表面的曲率半径稍大于后表面的曲率半径，并且前表面和后表面的球心距离大于5mm，以大于10mm为较佳。采用此种弯月形透镜，能够利用其较大的弯曲弧度整体包覆匀光部件的出光端，从而将全部的出射光束收集进入系统光路，减少光能的损失。
[0027]中段子系统20为多片透镜组形式，由M片球面透镜组成，其中1＜M≤3，M为整数。中段子系统20内的各透镜间距小于5mm，以0.1
‑
2mm为最佳。在一个实施方式中，中段子系统20由两片透镜组成，分别为第一双凸透镜21和第一双凹透镜23，第一双凸透镜21在前，第一双凹透镜23在后，即在照明光束的传播路径上，光束先经过第一双凸透镜后再进入第一双凹透镜。在一个优选的实施方式中，如图2所示，中段子系统20由三片透镜组成，除了包括第一双凸透镜21和第一双凹透镜23，还包括凸平透镜22，该凸平透镜22位于第一双凸透镜21和第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种照明光路系统，所述照明光路系统为远心光学系统，其特征在于，所述照明光路系统包括：前段子系统，用于收集照明光路前端的匀光部件出射的光束；中段子系统，用于对前段子系统输出的光束进一步汇聚；后段子系统，用于将中段子系统汇聚后的光束投射至数字微镜器件上；其中，所述照明光路系统通过调整所述中段子系统的焦距来改变所述照明光路系统的放大倍率。2.如权利要求1所述的照明光路系统，其特征在于，所述任一子系统采用的透镜均为球面透镜。3.如权利要求1所述的照明光路系统，其特征在于，所述前段子系统包括弯月形透镜，所述前表面的曲率半径大于后表面的曲率半径。4.如权利要求3所述的照明光路系统，其特征在于，所述弯月形透镜的前表面和后表面非同心设置，所述前表面和所述后表面的球心距离大于10mm。5.如权利要求1所述的照明光路系统，其特征在于，所述中段子系统包括第一双凹透镜和第一双凸透镜，在光束的传播路径上，所述第一双凸透镜在前，所述第一双凹透镜在后。6.如权利要求5所述的照明光路系统，其特征在于，所述中段子系统还包括位于所述第一双凸透镜和所述第一双凹透镜之间的凸平透镜。7.如权利要求1所述的照明光路系统，其特征在于，所述后段子系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金，胥涛棚，张雷，
申请(专利权)人：苏州源卓光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：