CN101006365A - 使光均匀化的装置及制造此装置的方法 - Google Patents

Abstract

用于制造一种使光均匀化的装置的方法，其中所述装置具有至少一个基板(1)，所述基板具有至少一个带有多个透镜元件(2)的光学功能面，其中在第一个方法步骤中透镜元件(2)被构造在至少一个基板(1)的至少一个光功能面中，其中在另一个方法步骤中，至少一个基板(1)被分解成至少两个部分(3，4，6，7，8，9)，并且在下一个方法步骤中至少一个基板(1)的至少两部分(3，4，6，7，8，9)中的至少两部分在至少一部分(4，7，9)改变取向的情况下被重新拼接起来。

Description

使光均匀化的装置及制造此装置的方法

本发明涉及如权利要求1的前序部分所述的方法及如权利要求11的前序部分所述的装置。

所述类型的方法及装置已被DE10139355A1公开。这种装置的缺点在于透镜元件的表面具有表面粗糙性，这种粗糙性对于某些特定应用一例如在芯片制造领域中的光刻应用一是太大了。特别是大多数这种透镜元件具有系统级的表面不规则性，这种表面不规则性存在于每个这样的透镜元件上。这些表面粗糙性或表面不规则性在这里可能会导致实际的表面轮廓偏离所希望的计算出的表面数十纳米或更多。由于在这种使光均匀化的装置中通常将通过单个透镜元件的光线叠加在一个工作平面上，由表面不规则性引起的对强度分布的干扰也加到工作平面上。在上述类型的均匀化装置中通过单个透镜元件的子射线大都如此叠加在工作平面上，使得单个透镜元件的多个相同的位置对工作平面上的同一位置做出贡献。这样，由于通过单个透镜元件的光在工作平面上的叠加，系统级的、出现在所有透镜元件上的不规则性不能被平均掉。更确切地说，在工作平面上存在一个被均匀化的光的强度分布，例如在图7中示意性并夸大示出的强度分布。

基于上述问题，本发明的目的在于给出一种如开始处所述类型的装置，借助于此装置可有效地使光均匀化。此外还给出了一种用于制造这种装置的方法。

有关方法的任务由开始处所述类型的具有权利要求1和/或7所述特征的方法完成，有关装置的任务由开始处所述类型的具有权利要求11所述特征的装置完成。从属权利要求涉及本发明具有优点的改进。

按照权利要求1，在另一个方法步骤中，至少一个基板被分成至少两部分，其中在接下来的一个方法步骤中，至少一个基板的至少两部分中的至少两个在至少一部分改变取向的情况下被重新拼接起来。通过至少两部分中至少一部分的改变取向可以避免由表面的系统级不规则性产生的光线偏差在通过这些部分的各个透镜元件后相加。

在与至少另一部分拼接之前，例如可以如权利要求2所述那样，分解之后的至少一部分被旋转。这里例如可以像权利要求3所述那样，旋转是180°的旋转。通过这种旋转，在一定条件下由被旋转部分的系统级不规则性造成的影响正好反过来，从而通过这种影响抵消了光线通过至少两部分中的至少另一部分时产生的影响。以这种方法实现了以下可能性：在工作平面上获得非常均匀的强度分布。

按照权利要求4，这里的旋转可围绕一个轴进行，此轴平行于要被均匀化的光的中心传播方向。

按照权利要求5，可以将至少一个基板分解成比两个更多的部分，尤其是分成4部分或者8部分或者16部分或者不是2的幂的整数个部分。照射到均匀化装置上的光越不均匀，越需要将基板分解成更大数目的部分，并且单个这样的部分必须以改变后的取向再装配到拼接的基板中，或者单个这样的部分必须被旋转。通过更多部分改变取向，也可以在相对较大的输入不均匀性情况下实现有效的均匀化。

按照权利要求6，例如也可以将基板分解成条形的部分，它们在第一方向上比在与其垂直的第二方向上具有较少的透镜元件。

按照权利要求7，多个基板被分别分解成至少两个部分，并且紧接着不同基板的部分被拼接成一个新的基板。以这种方法可以有目的地影响工作平面上的强度分布，因为不同基板可能具有不同的特性。通过这种措施，可以像用一个构件箱系统那样组装成一个具有所需特性的均匀化装置。

特别是按照权利要求8可以在由属于不同基板的部分拼接成一个基板之前分析工作平面上所要获得的强度分布，并在这种分析的基础上选择并定位用于组装的部分。这里例如用于均匀化的装置可以被嵌入到一个用于照亮工作平面的更大的装置中。在这种用于照亮工作平面的装置中例如也可以在至少一个基板后面设置傅里叶透镜，这些透镜用于将通过各个透镜元件的光线叠加在工作平面上。此外其中也可以设置聚焦装置，所述聚焦装置用于光束或光的形成。例如用于照亮工作平面的装置也可以包括例如受激准分子激光器或半导体激光装置的光源。其中可以在这种装置中置入一个具有多个透镜元件的未加工基板，并且利用此未加工基板可以记录工作平面上可获得的强度分布。这些利用未加工基板获得的强度分布可与所希望的强度分布进行比较，其中基于对各个基板所得到的数据，各个基板的各部分像在拼图中那样被拼接起来，从而在工作平面上得到所希望的强度分布。

按照权利要求11，通过本发明所述方法来制造所述装置。按照权利要求12，此装置包括构造成柱面透镜的透镜元件。这里例如按照权利要求13，基板可以具有一个用作入射面的光学功能面和一个用作出射面的光学功能面，其中在每个上述平面上构造一个柱面透镜阵列，其中入射面上的阵列的圆柱轴垂直于出射面上的阵列的圆柱轴。以这种方式可以分别通过两个相互背对交叉的柱面透镜形成一个透镜元件。这样构成的透镜元件具有更高效的透光性能。

按照权利要求14，此装置具有两个带有至少两个、尤其是四个光学功能面的基板，其中这两个基板在要被均匀化的光的传播方向上相互有间隔地前后排列。通过装置的这种设计，要被均匀化光的均匀性进一步得到改善。

按照权利要求15，此装置具有在要被均匀化的光的传播方向上位于至少一个基板后面的、用作傅里叶透镜的透镜装置，所述透镜装置可以使通过各个透镜元件的光相互叠加。

下面借助于附图所示优选实施例说明本发明的其它特征和优点。附图中：

图1是用于本发明所述装置的一个基板的顶视图；

图2是经分解、旋转和拼接后此基板的顶视图；

图3是具有其它切割平面的图1所示基板的顶视图；

图4是经分解、旋转和拼接后图3所示基板的顶视图；

图5是具有其它切割平面的图1所示基板的顶视图；

图6是经分解、旋转和拼接后图5所示基板的顶视图；

图7是工作平面上通过基板的光线的强度分布示意图；

图8是经基板的分解、旋转和拼接后在装置的工作平面上的强度分布示意图。

为了说明清楚，在某些图中画出了笛卡尔坐标系。

图1举例示出一个基板1，它具有多个透镜元件2。在所示实施例中有64个透镜元件2，它们的标号是1a至8h。也可以存在更多或更少的透镜元件。透镜元件2可以例如是球面状的透镜元件，它们被构造在基板1的一侧或两侧上。也可以在基板的前侧面和后侧面上构造柱面透镜，它们例如相互交叉。在这种情况下例如可以在前侧面上使柱面透镜轴在Y方向上延伸，即例如在从1a至1h的方向上延伸。在基板1的后侧面上，柱面透镜轴在X方向上延伸，即从1a至8a的方向上延伸。这些在前侧面和后侧面上相互交叉的柱面透镜同样形成图中所示的64个透镜元件2。

本发明所述装置还可以有包括分别具有一个或二个光学功能面的多于一个的基板。例如也可以使两个基板1前后排列，其中每个基板在其入射面和出射面上分别具有相互交叉的柱面透镜阵列。

透镜元件可以用现有技术已知的常规方法设置在例如图1所示基板1上。例如采用用于形成级的成形步骤和紧接着的用于平整表面的熔化步骤。成形例如可以通过腐蚀或通过溅射进行。熔化例如可以借助于电子射线或激光射线完成。

图1所示基板在本发明所述方法中沿着在Y-Z平面中延伸的分界平面5例如通过切割被分解成两个部分3，4。接着基板1的部分4围绕Z方向、即围绕要被均匀化的光线的后续通过方向旋转180°。然后这两部分3，4重新相互连接。这种相互连接可通过粘合或其它适当的连接方法实现。图2示出经过切割、使部分4旋转和重新相互连接后的基板。清楚可见，部分4如此被旋转，使得以前位于左上角的透镜元件5a现在位于右下角。

图3所示基板1按照本发明所述方法的一个变型沿着三个在Y-Z平面中的切割平面10被分解成4个部分6，7，8，9。接着部分7和部分9分别围绕Z方向旋转180°。图4示出图3所示基板经过分解、旋转和拼接后的情况。由图可见，部分7中原先位于左上角的元件3a在拼接后位于右下角。同样，部分9中原先位于左上角的元件7a现在位于右下角。

图5示出基板1在另一个作为替代的方法中可沿着6个切割平面11，12，13，14，15，16被分解。其中切割平面11，12，13是Y-Z平面，而切割平面14，15，16是X-Z平面。通过基板1沿着这些切割平面11，12，13，14，15，16的分解得到16个部分，它们分别包含4个透镜元件。

图6示出经过按图5分解及每个双号部分围绕Z方向旋转180°后的基板1。在图6中左上角为透镜元件3a，7a，1c，5c，3e，7e，1g，5g的那些部分分别被旋转。也可以旋转其它透镜元件。

按照本发明，一个基板也可以沿着其它的切割平面或分界平面被分解成不同的部分。此外一个基板也可被分解为大小不等的部分。按照本发明也可以将多个基板分解或者作为整体按位置被安置，从而可以按照用户特定要求拼接出所需要的具有所希望的强度分布的基板。

图7举例且夸大地示出在分解、旋转和拼接之前基板1的工作平面上的强度分布。由图可见，此强度分布是不均匀的，在其左部区域具有强度升高17。强度升高17可以由各个透镜元件的系统级表面粗糙度形成。例如各个透镜元件的非常小的系统级表面粗糙度在数十纳米的范围内。本发明由叠加原理出发，全部透镜元件2在工作平面上对光分布提供相等的数值。特别是均匀化装置通常如此被构造：要被均匀化的光通过各个透镜元件的子射线在工作平面上如此叠加，使得通过这些单个透镜元件2的相同区域的光在相同位置上对强度分布做出贡献。

由于这种原因，图7所示在工作平面上的强度分布也是一个单个透镜元件对此强度分布做出贡献的强度分布。

通过旋转基板的一个或多个部分使得多个透镜元件被旋转。通常被旋转的透镜元件2的数目等于不旋转的透镜元件2的数目。通过这种方式，在拼接相互分开的部分之后得到图8所示的强度分布。现在未旋转的透镜元件2的强度分布17通过发生旋转的透镜元件的强度分布17′得到补偿，从而形成特别均匀的强度分布18。

按照本发明还可获得与图8所示直角形强度分布18不同的其它形状。这里可以最终通过选择这些单个透镜元件或通过拼接来自多个已分解并任意旋转的基片的透镜元件而产生上述形状。

也可以通过获取一个已安装有透镜元件2的基板在工作平面上的光分布并接着分析这个光分布来分析工作环境。借助于这种分析可以由不同的适当部分如此拼装成一个基板，使得在工作平面上可以产生非常均匀的分布。同时被拼装的部分的分析和选择可以由具有相应能力的计算机程序执行。

要被均匀化的光可以例如是受激准分子激光器的光或半导体激光装置的光。

Claims (15)

1.用于制造一种使光均匀化的装置的方法，其中所述装置具有至少一个基板(1)，所述基板具有至少一个带有多个透镜元件(2)的光学功能面，并且其中在第一个方法步骤中透镜元件(2)被构造在至少一个基板(1)的至少一个光学功能面中，其特征在于，在另一个方法步骤中至少一个基板(1)被分解成至少两个部分(3，4，6，7，8，9)，其中在接下来的方法步骤中所述至少一个基板(1)的至少两部分(3，4，6，7，8，9)中的至少两部分在至少一部分(4，7，9)改变取向的情况下被重新拼接起来。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在与至少一个其它部分(3，6，8)拼接之前，分解后的至少一个部分(4，7，9)被旋转。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述旋转是180°的旋转。

4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述旋转围绕一个平行于要被均匀化的光的中心传播方向(Z)的轴进行。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，至少一个基板(1)被分解成多于两个的部分，尤其是分解成4部分或8部分或16部分或不是2的幂的整数个部分。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，基板被分解成条形的部分(6，7，8，9)，这些部分在第一方向(X)上具有比在与其垂直的第二方向(Y)上更少的透镜元件(2)。

7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，多个基板(1)被分别分解成至少两个部分(3，4，6，7，8，9)，并且紧接着不同基板的部分被拼接成一个新的基板。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在由不同基板的部分拼接出一个基板之前分析在工作平面上所要获得的强度分布，并且基于这种分析选择并定位用于拼接的部分。

9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，基板的分解沿着一个分界线进行，此分界线分开彼此相邻的透镜元件(2)。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，基板的分解沿着一个平面进行，此平面平行于要被均匀化的光的传播方向(Z)。

11.一种用于使光均匀化的装置，它具有至少一个基板(1)，所述基板具有至少一个带有多个透镜元件(2)的光学功能面，其特征在于，此装置通过如权利要求1至10中任一项所述的方法被制造。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，透镜元件(2)由柱面透镜构成。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述基板(1)具有一个用作入射面的光学功能面和一个用作出射面的光学功能面，其中在每个光学功能面上形成一个柱面透镜阵列，并且其中在入射面上的阵列的圆柱轴垂直于在出射面上的阵列的圆柱轴。

14.如权利要求9至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有两个基板，所述基板具有至少两个、尤其是4个光学功能面，其中这两个基板在要被均匀化的光的传播方向(Z)上相互有间隔地前后排列。

15.如权利要求11至14中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有在要被均匀化的光的传播方向上安装在至少一个基板(1)后面的用作傅里叶透镜的透镜装置，这些透镜装置可以使通过各个透镜元件(2)的光相互重叠。

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