CN206292465U - 复眼匀光系统、照明调节机构及照明装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种复眼匀光系统、照明调节机构及照明装置，涉及光刻直写曝光机及投影显示的技术领域，其中，平行入射光依次经过第一镜片、第二镜片、第三镜片和第四镜片；第二镜片和第三镜片的相对面均设有第一复眼透镜阵列；第一镜片和第四镜片的背离面均设有第二复眼透镜阵列；第一镜片的第二复眼透镜阵列中各小透镜的焦点与第二镜片的第一复眼透镜阵列中对应的小透镜的光心重合；第三镜片的所述第一复眼透镜阵列中各小透镜的焦点与第四镜片的所述第二复眼透镜阵列中对应的小透镜的光心重合。解决了现有技术中复眼匀光系统存在LDI曝光时激光器能量分布不均匀的问题，可以实现光线的有效均匀化，使LDI最后曝光时能够获得所需要的均匀能量。

Description

复眼匀光系统、照明调节机构及照明装置

技术领域

本实用新型涉及光刻直写曝光机及投影显示技术领域，尤其是涉及一种复眼匀光系统、照明调节机构及照明装置。

背景技术

光刻技术是用于在基底表面上印刷具有特征构图的技术。这样的基底可用于制造半导体器件、多种集成电路、平面显示器(例如液晶显示器)、电路板、生物芯片、微机械电子芯片、光电子线路芯片等。由于市面上大多数的印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB板)都为精密线路，普遍的解析能力达到10-20μm量级，因此激光直接成像(LaserDirect Image，简称LDI)能量的均匀性是影响曝光质量的主要因素，但是，现有技术中的复眼匀光系统存在LDI曝光时激光器能量分布不均匀，进而导致PCB板报废率居高不下的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种复眼匀光系统的光路、照明调节机构及照明装置，以解决现有技术中复眼匀光系统存在的LDI曝光时激光器能量分布不均匀，进而导致PCB板报废率居高不下的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种复眼匀光系统，包括第一镜片组和第二镜片组，第一镜片组包括第二镜片和第三镜片，第二镜片组包括第一镜片和第四镜片；

平行入射光依次经过第一镜片、第二镜片、第三镜片和第四镜片；

第二镜片的出光面和第三镜片的入光面均设有第一复眼透镜阵列；第一镜片的入光面和第四镜片的出光面均设有第二复眼透镜阵列；第一复眼透镜阵列垂直于第二复眼透镜阵列；

第一镜片的第二复眼透镜阵列中各小透镜的焦点与第二镜片的第一复眼透镜阵列中对应的小透镜的光心重合；第三镜片的第一复眼透镜阵列中各小透镜的焦点与第四镜片的所述第二复眼透镜阵列中对应的小透镜的光心重合。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，第一复眼透镜阵列的曲率小于第二复眼透镜阵列的曲率。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，第一复眼透镜阵列的曲率为1～2mm，第二复眼透镜阵列的曲率为4.5～5.5mm，优选地，第一复眼透镜阵列的曲率为1.5mm，第二复眼透镜阵列的曲率为5mm。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，第二镜片贴近第一镜片；第三镜片与第二镜片间的距离为3.05～3.25mm，与第四镜片间的距离为4.8～5.2mm；本实施方式中，第三镜片与第二镜片间的距离优选为3.15mm，第三镜片与第四镜片间的距离优选为5.55mm。

结合第一方面及其可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，第一复眼透镜阵列和第二复眼透镜阵列均为柱面镜。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种照明调节机构，包括固定座以及第一方面及其可能的实施方式所述的复眼匀光系统光路，固定座包括第一腔体和第二腔体，第一腔体与第二腔体之间设置有通光孔；

第一腔体内固定有第一镜片和第二镜片；

第二腔体内设有相互垂直的第一导轨和第二导轨，以及沿第一导轨运动的第一滑块，和沿第二导轨运动的第二滑块，第三镜片固定在第一滑块上，第四镜片固定在第二滑块上。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，第一滑块和第二滑块中部设置有透光孔。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，第一导轨包括两平行导轨，第一滑块包括固定第三镜片的镜片腔，镜片腔对称设有沿两平行导轨运动的第一连接部。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，第二导轨包括两平行导轨，第二滑块包括固定第四镜片的镜片腔，镜片腔对称设有沿两平行导轨运动的第二连接部。

第三方面，本实用新型实施例还提供了一种复眼匀光系统的照明装置，包括激光器、准直透镜以及第二方面及其可能的实施方式所述的照明调节机构，激光器发出的光依次经过准直透镜和复眼匀光系统。

本实用新型实施例带来了以下有益效果：

平行入射光依次经过第一镜片、第二镜片、第三镜片和第四镜片，第一复眼透镜阵列垂直于第二复眼透镜阵列，且第一镜片的第二复眼透镜阵列中各小透镜的焦点与第二镜片的第一复眼透镜阵列中对应的小透镜的光心重合；第三镜片的第一复眼透镜阵列中各小透镜的焦点与第四镜片的第二复眼透镜阵列中对应的小透镜的光心重合，使通过第一镜片后的每个细光束范围内的微小不均匀性得到多次补偿，实现对光线的有效均匀化，从而在曝光时能够获得所需要的均匀能量。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的复眼匀光系统示意图；

图2为本实用新型实施例1提供的复眼匀光系统中的第一(第二)复眼透镜阵列的结构示意图；

图3为本实用新型实施例2提供的照明调节机构的第一立体结构示意图；

图4为本实用新型实施例2提供的照明调节机构的第二立体结构示意图；

图5为本实用新型实施例2提供的照明调节机构中导轨的第二种实施方式的结构示意图；

图6为本实用新型实施例3提供的复眼匀光装置的示意图。

图标：01-平行入射光；02-均匀出射光；03-激光；1-第一镜片组；11-第二镜片；12-第三镜片；13-第一复眼透镜阵列；2-第二镜片组；21-第一镜片；22-第四镜片；23-第二复眼透镜阵列；31-第一腔体；32-第二腔体；4-压片；51-第一滑块；511-第一连接部；512-第一固定件；52-第二滑块；521-第二连接部；522-第二固定件；61-第一导轨；62-第二导轨；7-准直透镜；8-激光器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前的复眼匀光系统存在LDI曝光时激光器能量分布不均匀的问题，基于此，本实用新型实施例提供的一种复眼匀光系统、照明调节机构及照明装置，可以实现光线的有效均匀化，最后曝光时能够获得所需要的均匀能量。

为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种复眼匀光系统进行详细介绍。

实施例1

如图1所示，本实用新型提供的复眼匀光系统，包括第一镜片组1和第二镜片组2，第一镜片组1包括第二镜片11和第三镜片12，第二镜片组2包括第一镜片21和第四镜片22。

平行入射光01依次经过第一镜片21、第二镜片11、第三镜片12和第四镜片22。

第二镜片11的出光面和第三镜片12的入光面均设有第一复眼透镜阵列13；第一镜片21的入光面和第四镜片22的出光面均设有第二复眼透镜阵列23；第一复眼透镜阵列13垂直于第二复眼透镜阵列23。

第一镜片21的第二复眼透镜阵列23中各小透镜的焦点与第二镜片11的第一复眼透镜阵列13中对应的小透镜的光心重合；第三镜片12的第一复眼透镜阵列13中各小透镜的焦点与第四镜片22的所述第二复眼透镜阵列23中对应的小透镜的光心重合。

平行入射光01依次经过第一镜片21、第二镜片11、第三镜片12和第四镜片22，第一复眼透镜阵列13垂直于第二复眼透镜阵列23，且第一镜片21的第二复眼透镜阵列23中各小透镜的焦点与第二镜片11的第一复眼透镜阵列13中对应的小透镜的光心重合；第三镜片12的第一复眼透镜阵列13中各小透镜的焦点与第四镜片22的第二复眼透镜阵列23中对应的小透镜的光心重合，使通过第一镜片21后的每个细光束范围内的微小不均匀性得到多次补偿，实现对光线的有效均匀化，从而在曝光时能够获得所需要的均匀能量。

其中，第一复眼透镜阵列13的曲率小于第二复眼透镜阵列23的曲率，第一复眼透镜阵列13的曲率为1～2mm，第二复眼透镜阵列23的曲率为4.5～5.5mm。对应第一镜片组1镜片和第二镜片组2镜片的曲率，第二镜片11贴近第一镜片21；第三镜片12与第二镜片11间的距离为3.05～3.25mm，第三镜片12与第四镜片22间的距离为4.8～5.2mm。

如图2所示，第一复眼透镜阵列13和第二复眼透镜阵列23均采用柱面镜，柱面镜便于不同镜片之间光轴的调节与对齐，从而降低了加工难度和成本，提高了出射光的均匀性。

作为本实施例的优选实施方式，第一镜片组镜片的曲率优选为5mm，第二镜片组镜片的曲率优选为1.5mm，第二镜片贴近第一镜片，第二镜片和第三镜片之间的距离为3.15mm，第三镜片和第四镜片之间的距离为5mm，且复眼透镜阵列中透镜的大小为10mm×10mm×1.2mm，Pitch＝0.5mm。

实施例2

如图3和图4所示，本实施例提供的照明调节机构包括固定座以及实施例1所述的复眼匀光系统，固定座包括第一腔体31和第二腔体32，第一腔体31与第二腔体32之间设置有通光孔。

第一腔体31内固定有第一镜片和第二镜片。

第二腔体32内设有相互垂直的第一导轨61和第二导轨62，以及沿第一导轨61运动的第一滑块51，和沿第二导轨62运动的第二滑块52，第三镜片固定在第一滑块51上，第四镜片固定在第二滑块52上。

平行入射光依次经过设于第一腔体31内的第一镜片、第二镜片以及第一滑块51内的第三镜片和第二滑块52的第四镜片，最后以均匀出射光射出。

由于第一复眼透镜阵列和第二复眼透镜阵列垂直放置，因此，当第一镜片和第二镜片固定后，只需要分别对第三镜片和第四镜片在相互垂直的方向上进行一维调节，即通过第一滑块51在第一导轨61上的运动和第二滑块52在第二导轨62上的运动，就可以减少由第三镜片和第四镜片复眼透镜阵列自身的光轴偏差带来的系统误差。

其中，第二镜片靠近第二腔体32，即装配时，第一腔体31内依次放置第二镜片和第一镜片，然后放置压片4，再通过沉头螺钉固定。第一滑块51内置第三镜片，并靠近第一腔体31；第二滑块52内置第四镜片，并位于第一滑块51外侧，第三镜片由螺钉通过压片4固定于第一滑块51，第四镜片由螺钉通过压片4固定于第二滑块52，第一滑块51和第二滑块52的中部均开设有透光孔，以使第二镜片的出射光依次经过第三镜片和第四镜片。

作为本实施例的优选实施方式，第一导轨61和第二导轨62呈“井”型分布，即第一导轨61和第二导轨62相互垂直，且均包括两平行导轨，第一滑块51包括第一镜片腔，第一镜片腔内固定有第三镜片，且第一镜片腔在平行于第三镜片的平面对称设有两个第一连接部511和两个第一固定件512，其中，两个第一连接部511的连线垂直于两个第一固定件512的连线。第一连接部511底部设有凹槽，并沿第一导轨61运动；第一固定件512一端连接第一镜片腔，另一端伸出第二腔体32，第一固定件512用于将第一滑块51固定于第一导轨61上。本实施方式中的第一固定件512优选为螺栓，当第一滑块51位置确定后，通过旋转螺母将第一滑块51固定。

第二导轨62设于第一导轨61外侧，并垂直于第一导轨61，第二滑块52包括第二镜片腔，第二镜片腔内固定有第四镜片，且第二镜片腔在平行于第四镜片的平面对称设有两个第二连接部521和两个第二固定件522，其中，两个第二连接部521的连线垂直于两个第二固定件522的连线，第二连接部521底部设有凹槽，并沿第二导轨62运动；第二固定件522一端连接第二镜片腔，另一端伸出第二腔体32，第二固定件522用于将第二滑块52固定于第二导轨62上。本实施方式中的第二固定件522优选为螺栓，当第二滑块52位置确定后，通过旋转螺母将第二滑块52固定。

另外，第三镜片和第四镜片均通过压片4和沉头螺钉固定。

本实施例还提供了导轨的第二种实施方式，如图5所示，第一导轨61与第二导轨62的上方均设有滑槽，第一连接部511和第二连接部521均设有与滑槽配合使用的突起，且第一连接部511、第二连接部521和滑槽的配合使用限定了第一滑块51和第二滑块52的运动轨迹。

此外，如图3和图4所示，第一腔体31的外径小于第二腔体32的外径。

调节过程

首先确定第一滑块51需要移动的方向和距离，然后旋转与第一滑块51运动方向相对的第一固定件512直至所需距离，然后滑动第一滑块51至所需位置，最后旋转另一第一固定件512直至将第一滑块51固定在第一导轨61上；或是旋转与第一滑块51运动方向相对的第一固定件512直至所需距离，然后直接旋转另一第一固定件512推动第一滑块51运动，直至将第一滑块51固定于第一导轨61上。依次类推，第二滑块52的调节方式不再赘述。

实施例3

如图6所示，本实施例提供了一种复眼匀光系统的照明装置，包括激光器8、准直透镜7以及如实施例2所述的照明调节机构，激光器8发出的激光03依次经过准直透镜7和复眼匀光系统。

激光器8发出的激光03通过准直透镜7形成平行入射光01，平行入射光01的光斑大小与复眼尺寸大小相同，平行入射光01依次通过复眼匀光系统的第一镜片21、第二镜片11、第三镜片12和第四镜片22，实现了对光源的有效匀光，并输出均匀出射光02，继而对LDI最后曝光的能量做到有效均匀化，降低了PCB板的报废率。

优选地，激光器8采用波长为405nm激光器，采用的光纤通道技术(Fiber Channel，简称FC)接口方式提供385～405nm的光源，光纤端面直径为0.49mm，数值孔径(NumericalAperture，简称NA)为0.2的半导体激光器8，即激光二极管(Laser Diode，简称LD)；准直透镜7前镜曲率范围是31.775～35.775mm，后镜曲率范围是-17.986～13.986mm，本实施例中准直透镜7的前镜曲率优选为33.775mm，后镜曲率优选为-15.986mm，半高为9mm，厚度5mm，激光器8的激光03经过准直透镜7后形成的光斑大小与复眼尺寸大小相同，以免复眼系统出现“旁瓣”现象，导致能量不均匀。

本实用新型实施例提供的照明装置，与上述实施例提供的照明调节机构及复眼匀光系统具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种复眼匀光系统，其特征在于，包括第一镜片组和第二镜片组，所述第一镜片组包括第二镜片和第三镜片，所述第二镜片组包括第一镜片和第四镜片；

平行入射光依次经过所述第一镜片、所述第二镜片、所述第三镜片和所述第四镜片；

所述第二镜片的出光面和所述第三镜片的入光面均设有第一复眼透镜阵列；所述第一镜片的入光面和所述第四镜片的出光面均设有第二复眼透镜阵列；所述第一复眼透镜阵列垂直于所述第二复眼透镜阵列；

所述第一镜片的所述第二复眼透镜阵列中各小透镜的焦点与所述第二镜片的所述第一复眼透镜阵列中对应的小透镜的光心重合；所述第三镜片的所述第一复眼透镜阵列中各小透镜的焦点与所述第四镜片的所述第二复眼透镜阵列中对应的小透镜的光心重合。

2.根据权利要求1所述的复眼匀光系统，其特征在于，所述第一复眼透镜阵列的曲率小于所述第二复眼透镜阵列的曲率。

3.根据权利要求1所述的复眼匀光系统，其特征在于，所述第一复眼透镜阵列的曲率为1～2mm，所述第二复眼透镜阵列的曲率为4.5～5.5mm。

4.根据权利要求1所述的复眼匀光系统，其特征在于，所述第二镜片紧贴所述第一镜片；所述第三镜片与所述第二镜片间的距离为3.05～3.25mm，所述第三镜片与所述第四镜片间的距离为4.8～5.2mm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的复眼匀光系统，其特征在于，所述第一复眼透镜阵列和所述第二复眼透镜阵列均为柱面镜。

6.一种照明调节机构，其特征在于，包括固定座以及如权利要求1-5任一项所述的复眼匀光系统，所述固定座包括第一腔体和第二腔体，所述第一腔体与所述第二腔体之间设置有通光孔；

所述第一腔体内固定有所述第一镜片和所述第二镜片；

所述第二腔体内设有相互垂直的第一导轨和第二导轨，以及沿所述第一导轨运动的第一滑块，和沿所述第二导轨运动的第二滑块，所述第三镜片固定在所述第一滑块上，所述第四镜片固定在所述第二滑块上。

7.根据权利要求6所述的照明调节机构，其特征在于，所述第一滑块和所述第二滑块中部设置有透光孔。

8.根据权利要求6所述的照明调节机构，其特征在于，所述第一导轨包括两平行导轨，所述第一滑块包括固定所述第三镜片的镜片腔，所述镜片腔对称设有沿两所述平行导轨运动的第一连接部。

9.根据权利要求6所述的照明调节机构，其特征在于，所述第二导轨包括两平行导轨，所述第二滑块包括固定所述第四镜片的镜片腔，所述镜片腔对称设有沿两所述平行导轨运动的第二连接部。

10.一种复眼匀光系统的照明装置，其特征在于，包括激光器、准直透镜以及如权利要求6-9任一项所述的照明调节机构，所述激光器发出的激光依次经过所述准直透镜和所述复眼匀光系统。