CN111736438A - 直接成像光学设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种直接成像光学设备，包括：光源，用于提供散射光；准直透镜，所述准直透镜接收自所述光源的所述散射光，并将所述散射光转换为平行光；复眼透镜，所述复眼透镜接收来自所述准直透镜的所述平行光，并对所述平行光进行匀光；中继透镜，所述中继透镜接收来自所述复眼透镜经过匀光后的所述平行光，并对所述平行光的进行延伸和聚焦；空间光调制器，所述空间光调制器接收来自所述中继透镜的所述平行光，并将所述平行光进行空间光调制；光刻成像镜头，所述光刻成像镜头接收来自所述空间光调制器经过空间光调制的光并将其在预定位置成像。根据本发明的直接成像光学设备，结构简便、光学质量较佳、光刻效果较好且节约成本。

Description

直接成像光学设备
技术领域
本发明涉及直接成像领域，具体涉及一种直接成像光学设备。
背景技术
直接成像设备是近年来逐步发展起来的，应用于PCB(印刷电路板)、FPC(柔性电路板)、FPD(平板显示器)、IC(集成电路)等行业的，取代传统菲林及Mask(掩膜)等接触式成像工艺的一种新型技术。
但是现有的直接成像设备存在结构复杂臃肿、成本较高的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种直接成像光学设备，结构简便、光学质量较佳、光刻效果较好且节约成本。
为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种直接成像光学设备，包括：
光源，用于提供散射光；
准直透镜，所述准直透镜接收自所述光源的所述散射光，并将所述散射光转换为平行光；
复眼透镜，所述复眼透镜接收来自所述准直透镜的所述平行光，并对所述平行光进行匀光；
中继透镜，所述中继透镜接收来自所述复眼透镜经过匀光后的所述平行光，并对所述平行光的进行延伸和聚焦；
空间光调制器，所述空间光调制器接收来自所述中继透镜的所述平行光，并将所述平行光进行空间光调制；
光刻成像镜头，所述光刻成像镜头接收来自所述空间光调制器经过空间光调制的光并将其在预定位置成像。
进一步地，所述空间光调制器为数字微镜器件组件。
进一步地，直接成像光学设备还包括：
上位机，所述上位机连接所述数字微镜器件组件，所述上位机接收图形文件，并将所述图形文件处理为图形数据，并将所述图形数据传递至所述数字微镜器件组件，以使得所述数字微镜器件组件根据所述图形数据进行空间光调制。
进一步地，所述数字微镜器件组件包括：
数字微镜器件芯片，所述数字微镜器件芯片包括多个角度可调整的微镜片，所述数字微镜器件组件通过数字微镜器件芯片接收所述平行光并通过调整所述微镜片的角度实现所述空间光调制。
进一步地，所述数字微镜器件组件还包括：
芯片控制器，所述芯片控制器连接所述数字微镜器件芯片和所述上位机，所述芯片控制器接收来自所述上位机传递的所述图形数据，所述芯片控制器根据所述图形数据控制所述数字微镜器件芯片的所述微镜片进行角度调整。
进一步地，所述光源为激光器、发光二极管及卤素灯中的任一种。
进一步地，所述光刻成像镜头包括光阑及成像物镜，所述平行光依次穿过所述光阑及所述成像物镜，以在所述预定位置成像。
进一步地，直接成像光学设备还包括：
反光镜，所述反光镜设置在所述准直透镜和所述复眼透镜之间，所述反光镜接收来自所述准直透镜的所述平行光，并将所述平行光反射至所述复眼透镜。
进一步地，所述光源横向设置；
所述准直透镜面对所述光源设置，所述准直透镜的光轴与所述光源的光轴共线；
所述反光镜的镜面法线与所述准直透镜的光轴成锐角；
所述复眼透镜设置在所述反光镜的前上方；
所述中继透镜面对所述复眼透镜设置；
所述空间光调制器横向设置在所述中继透镜的前上方；
所述光刻成像镜头设置在所述空间光调制器的下方。
进一步地，所述中继透镜包括多组光轴共线的透镜，每组所述透镜包括镜像对称的两个所述透镜。
本发明的上述技术方案至少具有如下有益效果之一：
根据本发明的直接成像光学设备，包括光源、准直透镜、复眼透镜、中继透镜、空间光调制器及光刻成像镜头，光源发出的散射光经过准直透镜转换为平行光，平行光经过复眼透镜进行匀光，匀光后的平行光经过中继透镜，准确地延伸和聚焦在空间光调制器上，空间光调制器对光进行成像，光透过光刻成像镜头在预定位置形成像面，将待光刻产品放置在像面位置，光线能够较好地对待光刻产品进行光刻，能够使得光学设备结构简便、节约成本、运行稳定、光学质量好及光刻效果。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的直接成像光学设备的结构示意图；
图2为图1中的中继透镜的示意图。
附图标记：
1、光源；2、准直透镜；3、反光镜；4、复眼透镜；5、中继透镜；6、空间光调制器；7、光阑；8、成像物镜；9、像面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
下面，参考附图说明根据本发明实施例的直接成像光学设备。
如图1所示，根据本发明的直接成像光学设备包括：光源1、准直透镜2、复眼透镜4、中继透镜5、空间光调制器6及光刻成像镜头。
首先，说明光源1。光源1用于提供散射光。
直接成像光学设备使用的光源1通常为点光源1，发出散射光。直接成像光学设备基于光源1发出的光进行对待光刻产品(电路板等)进行光刻。
可选地，光源1为激光器、发光二极管及卤素灯中的任一种。
激光器、发光二极管或卤素灯可以提供光学质量较佳的光，以使得光刻效果相对较好。
接着，说明准直透镜2和复眼透镜4。准直透镜2接收自光源1的散射光，并将散射光转换为平行光。复眼透镜4接收来自准直透镜2的平行光，并对平行光进行匀光。
散射光的光学质量较差，不利于进行光刻。通过准直透镜2将散射光转换为光学质量较好的平行光，能够提高光学质量，使得光刻效果较好。
通过复眼透镜4进行匀光已是成熟技术，这里不再详述。通过复眼透镜4能够增加平行光的均匀性，能够提高光学质量，进一步提高光刻效果。
接下来，说明中继透镜5和空间光调制器6。中继透镜5接收来自复眼透镜4经过匀光后的平行光，并对平行光的进行延伸和聚焦。空间光调制器6接收来自中继透镜5的平行光，并将平行光进行空间光调制。
空间光调制器6对平行光进行空间光调制，从而形成光刻图形，以对待光刻产品进行光刻。
经过复眼透镜4的光传播距离、聚焦位置及聚焦区域不能完全和空间光调制器6匹配，容易导致光能量的损失，使得光刻效果较差。通过中继透镜5能够将经过复眼透镜4的光进行延伸和聚焦，准确投射至空间光调制器6，以和空间光调制器6匹配。由此，能够增加光的利用率，提升光学质量。
可选地，中继透镜5包括多组光轴共线的透镜，每组透镜包括镜像对称的两个透镜。
如图2所示，框内的中继透镜5包括三组透镜，第一组透镜位于中央，第二组透镜位于第一组透镜的两侧，第三组透镜位于第二组透镜的两侧，每组透镜包括两个镜像对称的透镜。光穿过此中继透镜5，中继透镜5能够较好的进行光的延伸和聚焦。
最后，说明光刻成像镜头。光刻成像镜头接收来自空间光调制器6经过空间光调制的光并将其在预定位置成像。
光刻成像镜头将光在预定位置成像，换言之，将光聚焦在预定位置，从而在预定位置形成像面9。待光刻产品放置在像面9位置，光线能够在其焦距位置对待光刻产品进行光刻。由此，能够提高光刻效果，使得光刻线路边缘较整齐、线宽适中。
以上形成的直接成像设备，包括光源1、准直透镜2、复眼透镜4、中继透镜5、空间光调制器6及光刻成像镜头。光源1发出的散射光经过准直透镜2转换为平行光，平行光经过复眼透镜4进行匀光，匀光后的平行光经过中继透镜5，准确地延伸和聚焦在空间光调制器6上，空间光调制器6对光进行成像，光透过光刻成像镜头在预定位置形成像面9，将待光刻产品放置在像面9位置，光线能够较好地对待光刻产品进行光刻。由此，能够使得光学设备结构简便、节约成本、运行稳定、光学质量好及光刻效果。
根据本发明一些实施例，空间光调制器6为数字微镜器件(DMD)组件。
数字微镜器件组件具有较好的空间光调制效果，从而能够稳定地成像，以对待光刻产品进行光刻。
进一步地，直接成像光学设备还包括上位机。上位机连接数字微镜器件组件，上位机接收图形文件，并将图形文件处理为图形数据，并将图形数据传递至数字微镜器件组件，以使得数字微镜器件组件根据图形数据进行空间光调制。
因为要在待光刻产品上光刻出预定图形，才能满足需求，且要满足不同产品的需求。先形成图形文件(例如CAM文件等)，通过不同的图形文件可以形成不同的预定图形，从而满足不同产品的需求。上位机接收图形文件，并将图形文件处理成图形数据(可以理解为DMD组件能够识别的数字信号)，将图形数据传递给DMD组件，DMD组件根据图形数据进行空间光调制。由此，能够以简便地方式在不同待光刻产品上光刻出不同的预定图形，光刻图形精确且稳定。
进一步地，数字微镜器件组件包括数字微镜器件芯片。数字微镜器件芯片包括多个角度可调整的微镜片，数字微镜器件组件通过数字微镜器件芯片接收平行光并通过调整微镜片的角度实现空间光调制。
DMD芯片的多个微镜片可以构成阵列，调整阵列中微镜片的角度能够实现投射至该微晶片的光的开关(是否被投射至像面9位置)，从而实现空间光调制。
进一步地，数字微镜器件组件还包括芯片控制器。芯片控制器连接数字微镜器件芯片和上位机，芯片控制器接收来自上位机传递的图形数据，芯片控制器根据图形数据控制数字微镜器件芯片的微镜片进行角度调整。
芯片控制器接收来自上位机的图形数据，根据图形数据调整微晶片的角度，从而实现精确地空间光调制。由此，能够准确地进行空间光调制，以在待光刻产品上形成预定图形，满足产品需求。
根据本发明一些实施例，光刻成像镜头包括光阑7及成像物镜8，平行光依次穿过光阑7及成像物镜8，以在预定位置成像。
光线通常中心的光学质量较好，环绕中心且离中心越远的光越容易畸变，从而导致光学质量越差。光穿过光阑7，光阑7能够将远离中心的光学质量较差的光过滤掉。由此，能够提高光学质量，增加光刻的效果。
成像物镜8能够准确地将光在预定位置(焦距位置)成像，待光刻产品放置在预定位置，以对待光刻产品进行较好地光刻。由此，能够使得光在其焦距位置对待光刻产品进行光刻，使得光刻效果较好且稳定。
进一步地，直接成像光学设备还包括反光镜3。反光镜3设置在准直透镜2和复眼透镜4之间，反光镜3接收来自准直透镜2的平行光，并将平行光反射至复眼透镜4。
通过设置在准直透镜2和复眼透镜4之间的反光镜3，能够对整个光路的传播方向、位置进行调整，以满足不同的光路需求，增加直接成像光学设备的普适性。
可选地，通过上述的光学器件形成图1所示的具体的光路。
光源1横向设置。准直透镜2面对光源1设置，准直透镜2的光轴与光源1的光轴共线。反光镜3的镜面法线与准直透镜2的光轴成锐角。复眼透镜4设置在反光镜3的前上方。中继透镜5面对复眼透镜4设置。空间光调制器6横向设置在中继透镜5的前上方。光刻成像镜头设置在空间光调制器6的下方。
此光路下，光源1发出的光依次经过光经过准直透镜2、反光镜3、复眼透镜4、中继透镜5、空间光调制器6及光刻成像镜头，光经过的距离较短，光能量损失较小。而且，此光路所占用的空间较小，从而能够使得直接成像光学设备以较小地体积实现较佳的光刻效果。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直接成像光学设备，其特征在于，包括：
光源(1)，用于提供散射光；
准直透镜(2)，所述准直透镜(2)接收自所述光源(1)的所述散射光，并将所述散射光转换为平行光；
复眼透镜(4)，所述复眼透镜(4)接收来自所述准直透镜(2)的所述平行光，并对所述平行光进行匀光；
中继透镜(5)，所述中继透镜(5)接收来自所述复眼透镜(4)经过匀光后的所述平行光，并对所述平行光的进行延伸和聚焦；
空间光调制器(6)，所述空间光调制器(6)接收来自所述中继透镜(5)的所述平行光，并将所述平行光进行空间光调制；
光刻成像镜头，所述光刻成像镜头接收来自所述空间光调制器(6)经过空间光调制的光并将其在预定位置成像。
2.根据权利要求1所述的直接成像光学设备，其特征在于，所述空间光调制器(6)为数字微镜器件组件。
3.根据权利要求2所述的直接成像光学设备，其特征在于，还包括：
上位机，所述上位机连接所述数字微镜器件组件，所述上位机接收图形文件，并将所述图形文件处理为图形数据，并将所述图形数据传递至所述数字微镜器件组件，以使得所述数字微镜器件组件根据所述图形数据进行空间光调制。
4.根据权利要求3所述的直接成像光学设备，其特征在于，所述数字微镜器件组件包括：
数字微镜器件芯片，所述数字微镜器件芯片包括多个角度可调整的微镜片，所述数字微镜器件组件通过数字微镜器件芯片接收所述平行光并通过调整所述微镜片的角度实现所述空间光调制。
5.根据权利要求4所述的直接成像光学设备，其特征在于，所述数字微镜器件组件还包括：
芯片控制器，所述芯片控制器连接所述数字微镜器件芯片和所述上位机，所述芯片控制器接收来自所述上位机传递的所述图形数据，所述芯片控制器根据所述图形数据控制所述数字微镜器件芯片的所述微镜片进行角度调整。
6.根据权利要求1所述的直接成像光学设备，其特征在于，所述光源(1)为激光器、发光二极管及卤素灯中的任一种。
7.根据权利要求1所述的直接成像光学设备，其特征在于，所述光刻成像镜头包括光阑(7)及成像物镜(8)，所述平行光依次穿过所述光阑(7)及所述成像物镜(8)，以在所述预定位置成像。
8.根据权利要求7所述的直接成像光学设备，其特征在于，还包括：
反光镜(3)，所述反光镜(3)设置在所述准直透镜(2)和所述复眼透镜(4)之间，所述反光镜(3)接收来自所述准直透镜(2)的所述平行光，并将所述平行光反射至所述复眼透镜(4)。
9.根据权利要求8所述的直接成像光学设备，其特征在于，
所述光源(1)横向设置；
所述准直透镜(2)面对所述光源(1)设置，所述准直透镜(2)的光轴与所述光源(1)的光轴共线；
所述反光镜(3)的镜面法线与所述准直透镜(2)的光轴成锐角；
所述复眼透镜(4)设置在所述反光镜(3)的前上方；
所述中继透镜(5)面对所述复眼透镜(4)设置；
所述空间光调制器(6)横向设置在所述中继透镜(5)的前上方；
所述光刻成像镜头设置在所述空间光调制器(6)的下方。
10.根据权利要求1所述的直接成像光学设备，其特征在于，所述中继透镜(5)包括多组光轴共线的透镜，每组所述透镜包括镜像对称的两个所述透镜。
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