CN114137801B - 一种开关式光源时分复用的直写曝光系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关式光源时分复用的直写曝光系统，包括依次设置的：光源；开关式时分复用模块，用于根据第二时序指令控制第一光线交替切换输出N路第二光线；N个照明模块，与N路所述输出光纤一一对应；N对数字微镜阵列和投影模块，用于按照曝光指令将所述第二光线转换成投影光；控制模块，分别与所述光源、开关式时分复用模块、数字微镜阵列电性连接，以用于输出所述第一时序指令、第二时序指令、曝光指令。本方案通过开关式时分复用模块可以把单一光路的切换成N路输出，结合控制模块对光源和数字微镜阵列的时序控制，进而实现单个光源对两路DMD，甚至多路DMD的分时复用，在同样的产能要求下，可以使用更少的光源，大大降低设备成本。

Description

一种开关式光源时分复用的直写曝光系统

技术领域

本发明涉及直写曝光系统领域，尤其是一种开关式光源时分复用的直写曝光系统。

背景技术

当前激光直写系统，采用一套投影系统搭配一片DMD(数字微镜)和一路照明系统。但是DMD输出图像并进行曝光的方式是间隔式的，因此DMD和投影系统并不需要照明系统持续输出能量，但由于是1：1的配比，照明系统中的激光器并不能被充分利用。而激光器的在激光直写设备中成本占比很高，这大大限制了激光直写设备成本的优化。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明要解决的技术问题是提供一种开关式光源时分复用的直写曝光系统，能够降低激光直写设备的使用成本。

根据本发明实施例的一种开关式光源时分复用的直写曝光系统，包括依次设置的：光源，用于按照第一时序指令输出第一光线；开关式时分复用模块，用于根据第二时序指令控制第一光线交替切换输出N路第二光线，N路所述第二光线位于不同的输出光纤，且N≥2；N个照明模块，与N路所述输出光纤一一对应，用于对所述第二光线进行预处理以满足曝光要求；N对数字微镜阵列和投影模块，用于按照曝光指令将所述第二光线转换成投影光，并作用于待曝光面；控制模块，分别与所述光源、开关式时分复用模块、数字微镜阵列电性连接，以用于输出所述第一时序指令、第二时序指令、曝光指令。

根据本发明实施例的一种开关式光源时分复用的直写曝光系统，至少具有如下有益效果：本方案通过开关式时分复用模块可以把单一光路的切换成N路输出，结合控制模块对光源和数字微镜阵列的时序控制，进而实现单个光源对两路DMD，甚至多路DMD的分时复用，在同样的产能要求下，可以使用更少的光源，大大降低设备成本。

根据本发明的一些实施例，所述光源采用激光器或LED光源。

根据本发明的一些实施例，所述照明模块包括依次设置的光棒、照明透镜，所述光棒通过光纤连接所述光源的输出端。

根据本发明的一些实施例，所述开关式时分复用模块包括光纤光开关和光开关驱动器，所述光开光驱动器与所述控制模块连接。

根据本发明的一些实施例，所述数字微镜阵列包括反射镜和空间光调制器，所述反射镜用于接收所述第二光线并反射到所述空间光调制器，所述空间光调制器用于按照曝光指令将所述第二光线转化成图形调制光斑。

根据本发明的一些实施例，所述投影模块采用宽光谱成像系统，用于将图形调制光斑转换成投影光并作用于待曝光面。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的直写曝光系统原理图；

图2是本发明实施例的直写曝光系统乒乓工作示意图；

图3是本发明实施例的直写曝光系统时序控制图；

图4是本发明实施例的数字微镜阵列和投影模块结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

如图1所示，为本发明的一种开关式光源时分复用的直写曝光系统，包括依次设置的：

光源10，用于按照第一时序指令输出第一光线；

开关式时分复用模块30，用于根据第二时序指令控制第一光线交替切换输出N路第二光线，N路所述第二光线位于不同的输出光纤，且N≥2；本实施例中以N等于2为例，也可以根据需求选择更多路，如4路，8路等；

N个照明模块20，与N路所述输出光纤一一对应，用于对所述第二光线进行预处理以满足曝光要求；

N对数字微镜阵列40和投影模块50，与N路所述第二光线一一对应，用于按照曝光指令将所述第二光线转换成投影光，并作用于待曝光面；

控制模块60，分别与所述光源10、开关式时分复用模块30、数字微镜阵列40电性连接，以用于输出所述第一时序指令、第二时序指令、曝光指令。

由于数字微镜阵列40和投影模块50并不需要持续对待曝光面进行曝光作业，因此在上述方案中，以控制模块60作为核心控制器，可以分别通过第一时序指令、第二时序指令、曝光指令控制光源10打开，开关式时分复用模块30把单一光路的切换成2路输出，以及数字微镜阵列40的启动，便可以通过精准的时序控制使得2路光线分别作用于对应的数字微镜阵列40，进而实现单个光源10对两路DMD，甚至多路DMD的分时复用，在同样的产能要求下，可以使用更少的光源10，大大降低设备成本。

在本发明的一些实施例中，所述光源10采用激光器或LED光源，本实施例中以激光器为例进行说明，激光具有较好的单色性、相干性、平行性。

具体的，在本发明的一些实施例中，所述照明模块20包括依次设置的光棒201、照明透镜202，所述光棒201通过光纤连接所述光源10的输出端，光棒201将光纤接入的光线进行均匀化和整形，使光源成为矩形均匀光源，照明镜头将矩形光源10按比例放大或缩小到数字微镜阵列40的图像区域。

如图2所示，在本发明的一些实施例中，所述所述开关式时分复用模块30包括光纤光开关301和光开关驱动器302，所述光开光驱动器302与所述控制模块60连接，用于接收第二时序指令控制第一光线交替切换输出N路第二光线，光开关驱动器302可以实现光纤光开关301的频率在微秒级层面高速切换输出光路。其中，光纤光开关301具体可选择NanoSpeedSwitch系列：NS High SpeedOptical－1x2Switch，NS High Speed Optical－1x4Switch高功率固态光纤光开关，通过光通道将信号加载到输出光纤上。采用坚固的全晶体结构，并非机械开关方式，避免了机械运动对性能的影响，可以满足高稳定性、快速响应和连续开关工作的应用需求。该器件可配置相应的12V输入电压和带0－5V控制信号输入的驱动电路板。

工作时，采取一种类似于乒乓曝光的模式，实施周期性曝光，根据投影模块50的乒乓工作周期，为光纤光开关301提供初始启动时间和高频开关周期，如图2所示，光源10输出的第一光线经过光纤光开关301切换反射光路和透射光路，当处于反射光路时，第一光线被反射，第二光线射出到对应的照明模块20进行预处理后，进入数字微镜阵列2和投影模块2，当处于透射光路时，第一光线被透射，第二光线进入数字微镜阵列1和投影模块1。

如图3所示，为本系统的直写曝光系统时序控制图，控制模块60同时对激光器、电机及驱动器、数字微镜阵列40和投影模块50进行控制，首先，投影模块1数据载入阶段，激光器保持关闭，在透射镜面完全进入照明区域后，且曝光前，激光器打开，然后在启动再数字微镜阵列1和投影模块1进行曝光，曝光完成后关闭；投影模块2数据载入阶段，激光器保持关闭，在反射镜面完全进入照明区域后，且曝光前，激光器打开，然后在启动再数字微镜阵列2和投影模块2进行曝光，在曝光完成后关闭，依次循环。从图3中可以看出，开关式时分复用模块30的透射时区和反射时区覆盖了激光器开启的时区，以保证激光输出后能够准确进入预定的数字微镜阵列40和投影模块50，同时，曝光指令下的曝光阶段又被激光器开启的时区所覆盖，进而确保精准曝光。

如图4所示，在本发明的一些实施例中，所述数字微镜阵列40包括反射镜103和空间光调制器102，所述反射镜103用于接收所述第二光线101并反射到所述空间光调制器102，所述空间光调制器102按照数据载入的曝光指令将所述第二光线转化成图形调制光斑。

在本发明的一些实施例中，所述投影模块50采用宽光谱成像系统104，用于将图形调制光斑转换成投影光并作用于待曝光面105。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种开关式光源时分复用的直写曝光系统，其特征在于，包括依次设置的：

光源，用于按照第一时序指令输出第一光线，所述光源采用激光器；

开关式时分复用模块，用于根据第二时序指令控制第一光线交替切换输出N路第二光线，N路所述第二光线位于不同的输出光纤，且N≥2；所述开关式时分复用模块包括光纤光开关和光开关驱动器，所述光开关驱动器与控制模块连接，所述光纤光开关为微秒级高速切换的全晶体结构开关；

N个照明模块，与N路所述输出光纤一一对应，用于对所述第二光线进行预处理以满足曝光要求；

N对数字微镜阵列和投影模块，用于按照曝光指令将所述第二光线转换成投影光，并作用于待曝光面；

控制模块，分别与所述光源、开关式时分复用模块、数字微镜阵列电性连接，以用于输出所述第一时序指令、第二时序指令、曝光指令；首先，投影模块1数据载入阶段，激光器保持关闭，在透射镜面完全进入照明区域后，且曝光前，激光器打开，然后再启动数字微镜阵列1和投影模块1进行曝光，曝光完成后关闭；投影模块2数据载入阶段，激光器保持关闭，在反射镜面完全进入照明区域后，且曝光前，激光器打开，然后再启动数字微镜阵列2和投影模块2进行曝光，在曝光完成后关闭，依次循环；通过开关式时分复用模块把单一光路的切换成N路输出，结合控制模块对光源和数字微镜阵列的时序控制，进而实现单个光源对N路DMD的分时复用。

2.根据权利要求1所述的一种开关式光源时分复用的直写曝光系统，其特征在于:所述照明模块包括依次设置的光棒、照明透镜，所述光棒通过光纤连接所述光源的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种开关式光源时分复用的直写曝光系统，其特征在于:所述数字微镜阵列包括反射镜和空间光调制器，所述反射镜用于接收所述第二光线并反射到所述空间光调制器，所述空间光调制器用于按照曝光指令将所述第二光线转化成图形调制光斑。

4.根据权利要求3所述的一种开关式光源时分复用的直写曝光系统，其特征在于:所述投影模块采用宽光谱成像系统，用于将图形调制光斑转换成投影光并作用于待曝光面。