CN217571328U - 物镜视野内高速缩微打标装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光刻蚀技术领域内的一种物镜视野内高速缩微打标装置，包括激光器、振镜、场镜、第一管镜、第一分光模块、物镜以及打标样本；激光器的光路出口与振镜的光路入口同轴相对，振镜的光路出口与场镜的光路入口同轴相对，场镜与第一管镜共焦安装，第一管镜的光路出口与物镜的光路入口同轴相对，第一分光模块置于第一管镜与物镜之间，第一分光模块用于使激光光束透过，物镜用于将平行的光束聚焦为激光打标焦点，激光打标焦点照射在打标样本上进行蚀刻。本实用新型通过振镜的转动即可实现打标点在物镜视野内的移动，从而完成一个物镜视野内的图案蚀刻，改变了传统缩微打标通过样本的方式进行扫描打标，提高了缩微打标作业的效率。

Description

物镜视野内高速缩微打标装置

技术领域

本实用新型涉及激光刻蚀技术领域，具体地，涉及一种物镜视野内高速缩微打标装置。

背景技术

通过显微物镜进行缩微打标，在钻石、酒水等高价值产品防伪、玻璃信息存储等领域具有广泛的应用前景。

经过检索，目前缩微打标的主要方式是通过位移台实现刻蚀点在样本XY平面的变化，如公开号为CN1058740A公开的紫外激光缩微打标机，采用非线性光学晶体BBO倍频技术，使YAG固体激光器产生滤长为0.266μm的紫外激光，YAG固体激光器由于体积小，结构简单，操作维护方便，寿命长，给使用者带来诸多好处，短波长降低了衍射效应，可以实现微型打标和亚微米加工。但该专利技术的问题在于位移台移动速度慢，制约打标速度；位移台大尺寸定位精度差，制约打标精度。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种单物镜视野内高速缩微打标装置及其方法。

根据本实用新型提供的一种物镜视野内高速缩微打标装置，包括激光器、振镜、场镜、第一管镜、第一分光模块、物镜以及打标样本；

所述激光器的光路出口与所述振镜的光路入口同轴相对，所述振镜的光路出口与所述场镜的光路入口同轴相对，所述场镜与所述第一管镜共焦安装，所述第一管镜的光路出口与所述物镜的光路入口同轴相对，所述第一分光模块置于所述第一管镜与所述物镜之间，所述第一分光模块用于使激光光束透过而反射其他光束，所述物镜用于将平行的光束聚焦为激光打标焦点，激光打标焦点照射在所述打标样本上进行蚀刻；

通过控制所述振镜的转动角度使所述聚焦光斑在所述物镜视野范围大小相对应的区域内进行高速移动，进而通过调控所述振镜的转动角度完成单个物镜视野下的图案蚀刻。

一些实施方式中，所述场镜为远心场镜。

一些实施方式中，所述第一管镜为像方远心无限远成像光路。

一些实施方式中，所述物镜为无限远物镜。

一些实施方式中，还包括位移台，所述打标样本置于所述位移台上，于所述打标样本上完成一个所述物镜视野内的图案打标作业后通过所述位移台移动至预设位。

一些实施方式中，还包括成像组件，所述成像组件包括透射照明光路、第二分光模块、第二管镜和相机；

所述透射照明光路置于所述打标样本下方，所述第二分光模块、所述第二管镜以及所述相机位于所述第一分光模块的一侧，所述第二分光模块用于反射激光光束，所述打标样本为透光材料；

所述透射照明光路发出的成像光束依次经所述物镜、所述第一分光模块、所述第二分光模块以及所述第二管镜后被所述相机采集成像。

一些实施方式中，还包括落射照明光路，所述落射照明光路位于所述第二分光模块一侧，所述打标样本为非透光材质；

所述落射照明光路发出的成像光束依次经所述第二分光模块、所述第一分光模块、所述物镜后照射在所述打标样本上，经所述打标样本的反射使得成像光束依次经所述物镜、所述第一分光模块、所述第二分光模块、所述第二管镜后被所述相机采集成像。

一些实施方式中：通过所述激光器发出激光束，激光束自所述振镜的光路入口进入，所述振镜使所述激光束产生二维扫描偏转角度α和β；

所述第一管镜采用与所述场镜共焦的方式安装，所述第一管镜与所述场镜具有共同的共焦面，二维扫描偏转角度α和β的激光束自所述场镜的光路进口进入后形成聚焦光斑，所述聚焦光斑位于所述共焦面上，所述聚焦光斑经所述第一管镜被扫描成平行光束；

自所述第一管镜的光路出口射出的平行光束经所述第一分光模块过滤后，平行光束中的激光光束透过所述第一分光模块进入所述物镜内，经所述物镜将平行的激光光束聚焦形成激光打标焦点，所述激光打标焦点照射在所述打标样本上进行蚀刻；

通过控制所述振镜的二维扫描偏转角度α和β使所述聚焦光斑在和所述物镜视野范围大小相对应的区域内进行高速移动，进而通过调控所述振镜的转动角度完成单个显微物镜视野下的图案蚀刻。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型通过振镜的转动即可实现打标点的移动，从而完成一个物镜视野内的图案蚀刻，改变了传统缩微打标通过移动样本的方式进行扫描打标，振镜的转动相较于样本的移动速度是量级的跨越式变化，极大地提高了缩微打标作业的效率。

2、本实用新型通过宽光谱照明光路、分光模块以及成像光路的合理配置，实现了显微视野下打标质量的实时观察和复核。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请光路流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例1

本实用新型提供了一种物镜视野内高速缩微打标装置，如图1所示，包括激光器1、振镜2、场镜3、第一管镜4、第一分光模块6、物镜7以及打标样本8。

激光器1用于发射出打标用激光束，激光器1的光路出口与振镜2的光路入口同轴相对，激光束自振镜2的光路入口进入振镜2内。振镜2主要由X-Y光学扫描头、电子驱动放大器以及光学反射镜片组成，电脑控制器提供的信号通过电子驱动放大器的电路驱动光学扫描头,从而在X-Y平面控制激光束的偏转，使得激光束产生二维扫描偏转角度α和β，经过二维扫描偏转角度α和β的激光束经场镜3的光路入口进入场镜3内。场镜3优选为远心场镜，第一管镜4优选为像方远心无限远成像光路，场镜3与第一管镜4采用共焦方式安装，两者具有共同的一个共焦面5。进入场镜3的激光束经场镜3的聚焦作用形成聚焦光斑并位于共焦面5上，进而在第一管镜4的作用下聚焦光斑被扫描成平行光束，该平行光束垂直于物平面。

第一管镜4与物镜7同轴安装，且第一分光模块6置于第一管镜4和物镜7之间，第一分光模块6用于仅透过激光波段的光束而反射激光波段以外的其他光束，物镜7优选为无限远物镜。经第一管镜4形成的平行光束自其光路出口照射在第一分光模块6上之后，使得仅有平行的激光光束通过第一分光模块6之后自物镜7的光路入口进入，物镜7使得平行的激光光束再次聚焦并形成激光打标焦点，激光打标焦点自物镜7的光路出口射出并照射在打标样本8上进行蚀刻。通过控制振镜2 的转动角度使聚焦光斑落在和物镜7视野范围大小相对应的区域进行高速移动，即可完成单个显微物镜视野下的图案蚀刻。

本实用新型的工作原理为：通过场镜与管镜的共焦安装，将聚焦光斑转换为平行光束，进而可精准投射到物镜的瞳孔中，通过物镜再次将平行的激光束进行聚焦为激光打标焦点，进而在打标样本上进行高能蚀刻，即仅通过振镜的转动即可实现打标点的移动，从而完成一个物镜视野内的图案蚀刻，改变了传统缩微打标通过移动载物台和样本的方式进行扫描打印，振镜的转动相较于样本的移动速度是量级的跨越变化，极大地提高了缩微打标作业的效率。

8、进一步地，还包括位移台9，位移台9用于承载打标样本8并使得打标样本 8按照要求移动至预设位置，其位移台9优选为三维移动平台。当打标样本8完成一个显微物镜视野内的图案蚀刻后，通过位移台9将打标样本8移动至下一个打标视野或其他预设位。通过位移台9可实现多个显微物镜视野下的图案刻蚀。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上形成，本实用新型通过宽光谱照明光路、分光模块以及成像光路的合理配置，实现了显微视野下打标质量的实时观察和复核。具体地：

如图1所示，成像光路主要有成像组件10构成，其成像组件10主要包括透射照明光路101、第二分光模块102、第二管镜103和相机104。透射照明光路101置于打标样本8的下方，第二分光模块102、第二管镜103以及相机104位于所述第一分光模块6 的一侧，第二分光模块102、第二管镜103与相机104依次同轴设置，第二分光模块102 用于反射激光光束而透过激光波段以外的光束。此种结构设置下，能够较好地适应打标样本8为透光材料的情况。

透射照明光路101发出的成像光束自打标样本8的下表面穿过后经物镜7后照射在第一分光模块6上，第一分光模块6将成像光束反射在第二分光模块102上，此时，照射在第二分光模块102上的成像光束中的非激光波段的光透过后进入第二管镜103，自第二管镜103的光路出口射出的光束被相机104所采集并成像。

进一步地，成像组件10中还包括有落射照明光路105，落射照明光路105位于第二分光模块102的上侧，增加落射照明光路105可较好地适应打标样本8为非透光材质的情况。落射照明光路105发出的成像光束依次经第二分光模块102、第一分光模块6、物镜7后照射在打标样本8上，经打标样本8的反射使得成像光束依次经物镜7以及第一分光模块6的反射照射在第二分光模块102上，在经第二分光模块102进入第二管镜 103后，成像光束被相机104采集成像。

包括有透射照明光路101和落射照明光路的成像光路10，可对透明材质或非透明材质的打标样本8均可成像，能够实现显微视野下打标质量的实时观察和复核。

实施例3

本实施例3是在实施例1或实施例2的基础上形成的一种物镜视野内高速缩微打标方法，采用实施1或实施例2所述的物镜视野内高速缩微打标装置，包括如下步骤：

通过激光器1发出激光束，激光束自振镜2的光路入口进入，振镜2使激光束产生二维扫描偏转角度α和β；

第一管镜4采用与场镜3共焦的方式安装，第一管镜4与场镜3具有共同的共焦面5，二维扫描偏转角度α和β的激光束自场镜3的光路进口进入后形成聚焦光斑，聚焦光斑位于共焦面5上，聚焦光斑经第一管镜4被扫描成平行光束；

自第一管镜4的光路出口射出的平行光束经第一分光模块6过滤后，平行光束中的激光光束透过第一分光模块6进入物镜7内，经物镜7将平行的激光光束聚焦形成激光打标焦点，激光打标焦点照射在打标样本8上进行蚀刻；

通过控制振镜2的二维扫描偏转角度α和β使聚焦光斑在和物镜7视野范围大小相对应的区域内进行高速移动，进而通过调控振镜2的转动角度完成单个显微物镜视野下的图案蚀刻。

进一步地，还包括成像步骤，包括：

当打标样本8为透光材质时，透射照明光路101发出的成像光束依次经物镜7、第一分光模块6、第二分光模块102以及第二管镜103后被相机104采集成像；

当打标样本8为非透光材质时，落射照明光路105发出的成像光束依次经第二分光模块102、第一分光模块6、物镜7后照射在打标样本8上，经打标样本8的反射使得成像光束依次经物镜7以及第一分光模块6的反射照射在第二分光模块102上，在经第二分光模块102进入第二管镜103后，成像光束被相机104采集成像。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种物镜视野内高速缩微打标装置，其特征在于，包括激光器(1)、振镜(2)、场镜(3)、第一管镜(4)、第一分光模块(6)、物镜(7)以及打标样本(8)；

所述激光器(1)的光路出口与所述振镜(2)的光路入口同轴相对，所述振镜(2)的光路出口与所述场镜(3)的光路入口同轴相对，所述场镜(3)与所述第一管镜(4)共焦安装，所述第一管镜(4)的光路出口与所述物镜(7)的光路入口同轴相对，所述第一分光模块(6)置于所述第一管镜(4)与所述物镜(7)之间，所述第一分光模块(6)用于使激光光束透过而反射其他光束，所述物镜(7)用于将平行的光束聚焦为激光打标焦点，激光打标焦点照射在所述打标样本(8)上进行蚀刻；

通过控制所述振镜(2)的转动角度使所述激光打标焦点在所述物镜(7)视野范围大小相对应的区域内进行高速移动，进而通过调控所述振镜(2)的转动角度完成单个物镜视野下的图案蚀刻。

2.根据权利要求1所述的物镜视野内高速缩微打标装置，其特征在于，所述场镜(3)为远心场镜。

3.根据权利要求2所述的物镜视野内高速缩微打标装置，其特征在于，所述第一管镜(4)为像方远心无限远成像光路。

4.根据权利要求3所述的物镜视野内高速缩微打标装置，其特征在于，所述物镜(7)为无限远物镜。

5.根据权利要求1所述的物镜视野内高速缩微打标装置，其特征在于，还包括位移台(9)，所述打标样本(8)置于所述位移台(9)上，于所述打标样本(8)上完成一个所述物镜(7)视野内的图案打标作业后通过所述位移台(9)移动至预设位。

6.根据权利要求1-5任一所述的物镜视野内高速缩微打标装置，其特征在于，还包括成像组件(10)，所述成像组件(10)包括透射照明光路(101)、第二分光模块(102)、第二管镜(103)和相机(104)；

所述透射照明光路(101)置于所述打标样本(8)下方，所述第二分光模块(102)、所述第二管镜(103)以及所述相机(104)位于所述第一分光模块(6)的一侧，所述第二分光模块(102)用于反射激光光束，所述打标样本(8)为透光材料；

所述透射照明光路(101)发出的成像光束依次经所述物镜(7)、所述第一分光模块(6)、所述第二分光模块(102)以及所述第二管镜(103)后被所述相机(104)采集成像。

7.根据权利要求6所述的物镜视野内高速缩微打标装置，其特征在于，还包括落射照明光路(105)，所述落射照明光路(105)位于所述第二分光模块(102)一侧，所述打标样本(8)为非透光材质；

所述落射照明光路(105)发出的成像光束依次经所述第二分光模块(102)、所述第一分光模块(6)、所述物镜(7)后照射在所述打标样本(8)上，经所述打标样本(8)的反射使得成像光束依次经所述物镜(7)、所述第一分光模块(6)、所述第二分光模块(102)、所述第二管镜(103)后被所述相机(104)采集成像。

8.根据权利要求7所述的物镜视野内高速缩微打标装置，其特征在于，通过所述激光器(1)发出激光束，激光束自所述振镜(2)的光路入口进入，所述振镜(2)使所述激光束产生二维扫描偏转角度α和β；

所述第一管镜(4)采用与所述场镜(3)共焦的方式安装，所述第一管镜(4)与所述场镜(3)具有共同的共焦面(5)，二维扫描偏转角度α和β的激光束自所述场镜(3)的光路进口进入后形成聚焦光斑，所述聚焦光斑位于所述共焦面(5)上，所述聚焦光斑经所述第一管镜(4)被扫描成平行光束；

自所述第一管镜(4)的光路出口射出的平行光束经所述第一分光模块(6)过滤后，平行光束中的激光光束透过所述第一分光模块(6)进入所述物镜(7)内，经所述物镜(7)将平行的激光光束聚焦形成激光打标焦点，所述激光打标焦点照射在所述打标样本(8)上进行蚀刻；

通过控制所述振镜(2)的二维扫描偏转角度α和β使所述聚焦光斑在和所述物镜(7)视野范围大小相对应的区域内进行高速移动，进而通过调控所述振镜(2)的转动角度完成单个显微物镜视野下的图案蚀刻。

Images