CN116643462A - 一种ldi多波段照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LDI多波段照明装置，属于LDI的照明装置领域。本发明提供一种LDI多波段照明装置，包括LED照明组件及其内部的第一光源组、LD照明组件及其内部的第二光源组、安装有耦合透镜的耦合连接组件和数字微镜组件，所述LED照明组件由所述耦合连接组件与所述LD照明组件连接，所述LED照明组件、所述耦合连接组件和所述LD照明组件内部连通。本发明利用耦合透镜将LED光源和LD光源耦合到一起透射，节省了工艺步骤；同时LED光源和LD光源可根据实际需要自由搭配组合更广泛的波段，不在拘泥于单一波段的局限性，满足了低成本工艺覆盖的需求；同时设置有复眼、光棒、透镜组等多个光线整形设置，能够确保LED光源和LD光源的光路形态达到所需的标准和精度。

Description

一种LDI多波段照明装置
技术领域
本发明涉及一种LDI多波段照明装置，属于LDI的照明装置领域。
背景技术
LDI是激光直接成像设备，是用激光扫描的方法直接将图像在衬底上成像的设备，照明装置是激光直接成像设备中曝光引擎的重要组成部分，用于实现图形转移；在照明装置中，波长、能量、均匀性、发散角等多个曝光引擎关键指标，会直接影响曝光效果和光刻生产效率。
目前市面上多数设备的照明装置的光源通常是使用波峰为360nm-410nm的独立LED光源或者波峰为370nm-375nm和400nm-405nm的独立LD光源，这两种光源在单独使用时会出现各自的优劣：LED光源虽然波段较广，但是由于其发散角大使得成像系统中各类像差不能得到良好矫正，会影响光刻效果、减小成像系统焦深，最终影响光刻产品良率；而LD光源发散角相对较小，但是由于波段较为单一，使得光源无法全面覆盖满足工艺要求，并且同等波段的LD光源相对LED光源使用成本和更换成本更加高昂，越小波段的光源越成本越高昂。
而工艺覆盖存在两方面的影响：一方面，不同曝光材料对不同波长的光吸收效率不同，合适波长的光可以提升能量利用率；另一方面，油墨(曝光材料)在阻焊使用上有色泽度要求，单一波长无法满足色泽度要求，需要不同波长组合。
因此，有必要寻找一种能够自由搭配LED光源和LD光源的且能够适应多波段曝光的照明装置，实现低成本工艺覆盖的需求；如CN112162356A虽然提供了一种光耦合装置，但一方面其缺乏光线整形能力，另一方面也缺乏匀光能力，光线均匀性较差，无法满足精密光学系统。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种LDI多波段照明装置，包括LED照明组件及其内部的第一光源组、LD照明组件及其内部的第二光源组、安装有耦合透镜的耦合连接组件和数字微镜组件，所述LED照明组件和所述LD照明组件分别与所述耦合连接组件连接，所述LED照明组件、所述耦合连接组件和所述LD照明组件内部连通；
所述第一光源组包括LED光源、复眼和LED耦合透镜，所述LED光源包括第一LED光源、第二LED光源；
所述第一LED光源的光路和所述第二LED光源的光路均透过所述复眼并相交有第一交点；所述第一交点的位置安装有LED耦合透镜，所述LED耦合透镜包括透射镜面和反射镜面，所述LED耦合透镜能够分别透射所述第一LED光源发射器和反射所述第二LED光源发射器的光路并耦合成一个LED耦合光路；
所述第二光源组包括LD光源、光棒和透镜组，所述LD光源沿光路的方向依次设置有光棒和透镜组；所述透镜组包括多个镜面平行设置的透镜；所述第二光源组能够依次由LD光源、光棒和透镜组射出LD光路；
所述LED耦合光路和所述LD光路相交有第二交点，所述耦合透镜设置在所述第二交点且能够将所述LED耦合光路和所述LD光路耦合成一个混合光路，所述数字微镜组件设置在所述混合光路能够到达的位置。
在本发明的一种实施方式中，所述第一LED光源和第二LED光源垂直相交；所述透射镜面和所述第一LED光源的光路的夹角、所述反射镜面和所述第二LED光源的光路的夹角均为45度。
在本发明的一种实施方式中，所述LED耦合光路和所述LD光路垂直相交；所述耦合透镜和所述LED耦合光路的夹角、所述耦合透镜和所述LD光路的夹角均为45度。
在本发明的一种实施方式中，所述第一光源组还包括倍率透镜，所述倍率透镜安装在所述LED耦合光路能够到达的位置。
在本发明的一种实施方式中，所述透镜组包括三个凸透镜，沿LD光路射出方向依次为第一正弯月透镜、第二正弯月透镜、双凸透镜。
在本发明的一种实施方式中，所述第一LED光源和所述第二LED光源均设有一个或多个准直透镜。
在本发明的一种实施方式中，所述耦合透镜与所述数字微镜组件之间还设有独立透镜。
在本发明的一种实施方式中，所述第一光源组和所述耦合透镜之间、所述第二光源组和所述耦合透镜之间均设有独立透镜。
需说明的是，数字微镜组件(DMD)是一种电子输入、光学输出的微机电系统，开发人员可借助该系统执行高速、高效及可靠的空间光调制。
耦合透镜指的是一面为反射镜面，一面为透射镜面的平面透镜。
光棒，也指光学积分棒，能够使光线在其内部经过多次的全反射后出射，既可以对光线整形，又可以匀化照明。
弯月透镜(Meniscus Lenses)为凹凸透镜，此透镜具有一个外凸镜面和一个内凹镜面。正弯月透镜的外凸的弧度大于内凹的弧度，且具有正焦距；一般用于较大程度地减少球差，可以获得比平凸透镜更小的焦点与更少的像差，以提高成像质量；与另一透镜结合使用时，正弯月透镜可以缩短焦距，从而在不引入明显球面像差的情况下，增加系统的数值孔径(NA)。用于会聚准直光时，透镜的凸面应面向光源。
双凸透镜(Double Convex Lenses)由两个半径相等的凸面组成，可将光线聚焦成一个点，焦距为正。由于两侧形状对称，成为1:1成像应用中的较为合适的单元件。常用于成像中继系统以及在有限共轭距离下的物体成像或者光束的聚焦、准直、扩束等；双凸透镜的特点为，共轭比越大，产生的像差就越大，适用于物和像分别在透镜两侧，且像距和物距之比(共轭比)在0.2到5之间的情况。
由于光线一般情况下呈发散状发射，准直透镜能够让发散光变为直线输出的准直光。
需说明的是，本发明所述的透镜均能够根据实际需求选取不同的规格。
本发明的有益效果：
1、本发明利用两个耦合透镜将LED光源和LD光源耦合到一起透射，节省了工艺步骤；同时LED光源和LD光源可根据实际需要自由搭配组合更广泛的波段，不在拘泥于单一波段的局限性，满足了低成本工艺覆盖的需求。
2、本发明设置有复眼、光棒、透镜组等多个光线整形设置，能够确保LED光源和LD光源的光路形态达到所需的标准和精度。
3、本发明所述第一光源组还设有准直透镜，能够为LED光源提供准直能力，并使得LED光源在射出第一光源组之前提前整形。
4、本发明还设有独立透镜，能够对光路进一步整形，并且能够根据实际需要改变布置位置。
5、本发明所述第一光源组还设有倍率透镜，能够根据实际需要调节输出倍率。
附图说明
图1为本发明一种实施方式中整体结构示意图。
图2为本发明一种实施方式中第一光源组的结构示意图。
图3为本发明一种实施方式中一种整体光路示意图。
图4为本发明一种实施方式中另一种整体光路示意图。
图中，200：LD光源，300：光棒，400：透镜组，500：耦合透镜，600：独立透镜，700：数字微镜组件；11：第一交点；12：第二交点；
10：LED照明组件，21：光棒组件，22：光棒连接组件，23：LD照明镜筒组件；
30：耦合连接组件，31：LED连接组件，32：耦合连接组件主体；
101：第一LED光源，102：第二LED光源，103：第一准直透镜，104：第二准直透镜，105：第三准直透镜，106：第四准直透镜，107：第一复眼，108：第二复眼，109：LED耦合透镜，110：倍率透镜；
401：第一正弯月透镜，402：第二正弯月透镜，403：双凸透镜。
具体实施方式
实施例1
如图1、图3、图4所示，本发明提供一种LDI多波段照明装置，包括LED照明组件10及其内部的第一光源组、LD照明组件20及其内部的第二光源组、安装有耦合透镜500的耦合连接组件30和数字微镜组件700，所述LED照明组件10由所述耦合连接组件30与所述LD照明组件20成九十度垂直连接，所述LED照明组件10、所述耦合连接组件30和所述LD照明组件20内部连通。
所述LD照明组件20还包括光棒组件21及其内部的光棒300、LD照明镜筒组件23及其内部的透镜组400、用于连接光棒组件21和LD照明镜筒组件23的光棒连接组件22，LD照明镜筒组件23还与耦合连接组件30连接。
所述耦合连接组件30包括与所述LED照明组件10连接的LED连接组件31、耦合连接组件主体32及其内部的耦合透镜500、独立透镜600。
接下来详细阐述本发明的内部结构：
如图2所示，所述第一光源组件包括第一LED光源101、第二LED光源102、第一复眼107、第二复眼108、LED耦合透镜109和倍率透镜110。
所述第一LED光源101和所述第二LED光源102的光路垂直相交有第一交点11；所述第一交点11的位置安装有LED耦合透镜109，所述LED耦合透镜109包括透射镜面和反射镜面，所述透射镜面和所述第一LED光源101的光路的夹角、所述反射镜面和所述第二LED光源102的光路的夹角均为45度。
所述LED耦合透镜109能够分别透射所述第一LED光源101和反射所述第二LED光源102的光路并耦合成一个LED耦合光路。
所述第一LED光源101沿光路发射方向到LED耦合透镜109依次设置有第一准直透镜103、第二准直透镜104、第一复眼107；所述第二LED光源102沿光路发射方向到LED耦合透镜109依次设置有第三准直透镜105、第四准直透镜106、第二复眼108。
所述第一光源组还包括倍率透镜110，所述倍率透镜110安装在相对于反射镜面且所述LED耦合光路能够到达的位置。
如图3、图4所示，所述第二光源组包括LD光源200、光棒300和透镜组400，所述LD光源200沿光路的方向依次设置有光棒300和透镜组400，LD光源200能够射出LD光路。
所述透镜组400包括三个镜面平行设置的凸透镜，沿LD光路射出方向依次为第一正弯月透镜401、第二正弯月透镜402、双凸透镜403。
所述LED耦合光路和所述LD光路相交有第二交点12，所述耦合透镜设置在所述第二交点12且能够将所述LED耦合光路和所述LD光路耦合成一个混合光路，所述数字微镜组件700设置在所述混合光路能够到达并接收的位置。
如图3所示，独立透镜600可以设于所述耦合透镜500与所述数字微镜组件700之间；如图4所示，独立透镜600也可以在所述第一光源组和所述耦合透镜500之间、所述第二光源组和所述耦合透镜500之间分别设有一个独立透镜600，两种设置独立透镜600的方式效果相同。
实施例2
将实施例1中的装置投入具体应用，其中LD光源200选择波段在360nm-430nm内的光源进行发射，而第一LED光源101和第二LED光源102都选择在波段在360nm-430nm内的光源，自由组合。
一方面，第一LED光源101和第二LED光源102分别发射不同波段的LED光源，两条LED光路都经过准直透镜和复眼进行整形后，再到达LED耦合透镜109，由LED耦合透镜109耦合后再通过倍率透镜110发射出LED耦合光路；
另一方面，LD光源200发射LD光源，LD光路由光棒300和透镜组400整形后射出；
随后，LED耦合光线和LD光路均到达耦合透镜500，最后由耦合透镜500整合后射出混合光路到达数字微镜组件700并被接收处理。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种LDI多波段照明装置，其特征在于，包括LED照明组件及其内部的第一光源组、LD照明组件及其内部的第二光源组、安装有耦合透镜的耦合连接组件和数字微镜组件，所述LED照明组件和所述LD照明组件分别与所述耦合连接组件连接，所述LED照明组件、所述耦合连接组件和所述LD照明组件内部连通；
所述第一光源组包括LED光源、复眼和LED耦合透镜，所述LED光源包括第一LED光源、第二LED光源；
所述第一LED光源的光路和所述第二LED光源的光路均透过所述复眼并相交有第一交点；所述第一交点的位置安装有LED耦合透镜，所述LED耦合透镜包括透射镜面和反射镜面，所述LED耦合透镜能够分别透射所述第一LED光源发射器和反射所述第二LED光源发射器的光路并耦合成一个LED耦合光路；
所述第二光源组包括LD光源、光棒和透镜组，所述LD光源沿光路的方向依次设置有光棒和透镜组；所述透镜组包括多个镜面平行设置的透镜；所述第二光源组能够依次由LD光源、光棒和透镜组射出LD光路；
所述LED耦合光路和所述LD光路相交有第二交点，所述耦合透镜设置在所述第二交点且能够将所述LED耦合光路和所述LD光路耦合成一个混合光路，所述数字微镜组件设置在所述混合光路能够到达的位置。
2.根据权利要求1所述的一种LDI多波段照明装置，其特征在于，所述第一LED光源和第二LED光源垂直相交。
3.根据权利要求2所述的一种LDI多波段照明装置，其特征在于，所述透射镜面和所述第一LED光源的光路的夹角、所述反射镜面和所述第二LED光源的光路的夹角均为45度。
4.根据权利要求1所述的一种LDI多波段照明装置，其特征在于，所述LED耦合光路和所述LD光路垂直相交。
5.根据权利要求4所述的一种LDI多波段照明装置，其特征在于，所述耦合透镜和所述LED耦合光路的夹角、所述耦合透镜和所述LD光路的夹角均为45度。
6.根据权利要求1所述的一种LDI多波段照明装置，其特征在于，所述第一光源组还包括倍率透镜，所述倍率透镜安装在所述LED耦合光路能够到达的位置。
7.根据权利要求1所述的一种LDI多波段照明装置，其特征在于，所述透镜组包括三个凸透镜，沿LD光路射出方向依次为第一正弯月透镜、第二正弯月透镜、双凸透镜。
8.根据权利要求1所述的一种LDI多波段照明装置，其特征在于，所述第一LED光源和所述第二LED光源均设有一个或多个准直透镜。
9.根据权利要求1所述的一种LDI多波段照明装置，其特征在于，所述耦合透镜与所述数字微镜组件之间还设有独立透镜。
10.根据权利要求1所述的一种LDI多波段照明装置，其特征在于，所述第一光源组和所述耦合透镜之间、所述第二光源组和所述耦合透镜之间均设有独立透镜。
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