CN220085239U - 一种变倍照明镜头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种变倍照明镜头，其中，变倍照明镜头包括透镜组件以及驱动装置，透镜组件包括由多个透镜组成的多个透镜组，驱动装置驱动连接多个透镜组，多个透镜组在光轴方向上自物面至像面依次包括：具有正光焦度的第一透镜组；具有负光焦度的第二透镜组；具有正光焦度的第三透镜组；通过驱动装置改变相邻透镜组之间的间隔以及第三透镜组与像面的间隔实现变倍；第一透镜组的焦距为f1，则3.25mm≤f1≤40.5mm；第二透镜组的焦距为f2，则‑50.85mm≤f2≤‑3.25mm；第三透镜组的焦距为f3，则50mm≤f3≤160mm。本实用新型旨在解决现有使用数字微镜组件(DMD)作为光刻掩模的无掩膜光刻技术中，照明系统中照明区域超过DMD曝光区域面积，导致入射光存在浪费的问题。

Description

一种变倍照明镜头

技术领域

本实用新型涉及光学镜头技术领域，具体涉及一种变倍照明镜头。

背景技术

DMD无掩膜曝光机是一种使用数字微镜组件(DMD)作为光刻掩模的无掩膜光刻技术。DMD是一种由微小反射镜组成的数字光学装置，可以在微秒级别内快速地控制每个反射镜的状态，从而实现高速、高精度的光刻掩模切换。

通常DMD无掩膜的照明系统会根据光棒尺寸和DMD的大小进行定制化设计，采用固定倍率的照明系统，因此，当曝光区域大小变化时，超过DMD曝光区域面积的入射光存在浪费的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种变倍照明镜头，旨在解决现有使用数字微镜组件(DMD)作为光刻掩模的无掩膜光刻技术中，照明系统中照明区域超过DMD曝光区域面积，导致入射光存在浪费的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出一种变倍照明镜头，其中，所述变倍照明镜头包括透镜组件以及驱动装置，所述透镜组件包括由多个透镜组成的多个透镜组，所述驱动装置驱动连接多个所述透镜组，多个所述透镜组在光轴方向上自物面至像面依次包括：

第一透镜组，其具有正光焦度；

第二透镜组，其具有负光焦度；以及，

第三透镜组，其具有正光焦度；

其中，所述多个透镜组在光轴延伸方向可活动设置，通过所述驱动装置改变相邻所述透镜组之间的间隔以及所述第三透镜组与像面的间隔实现变倍；

所述第一透镜组的焦距为f1，则3.25mm≤f1≤40.5mm；

所述第二透镜组的焦距为f2，则-50.85mm≤f2≤-3.25mm；

所述第三透镜组的焦距为f3，则50mm≤f3≤160mm。

可选地，所述透镜组件包括自物面至像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜，所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜形成所述第一透镜组，所述第四透镜形成所述第二透镜组，所述第五透镜以及所述第六透镜形成所述第三透镜组。

可选地，所述变倍照明镜头还包括光阑，所述光阑位于所述第三透镜与所述第四透镜之间。

可选地，所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜组成前透镜组，所述第四透镜、第五透镜以及第六透镜组成后透镜组，所述前透镜组的像面与所述后透镜组的物面在所述光阑处重合，以形成双远心镜头。

可选地，所述双远心镜头的远心度为A，则-0.5°≤A≤0.5°。

可选地，每一所述透镜具有相对的两个镜面，且分别为朝向物面的物侧面以及朝向像面的像侧面；

所述第一透镜与物面的距离为L1，则3mm≤L1≤6mm；和/或，

所述第三透镜的像侧面与所述光阑的中心距为L2，则1mm≤L2≤3mm；和/或，

所述第四透镜的像侧面与所述第五透镜的物侧面的中心距为L3，则1mm≤L3≤33mm；和/或，

所述第六透镜与像面的中心距为L4，则111mm≤L3≤140mm。

可选地，所述变倍照明镜头的放大倍率为M，则5.5≤M≤11。

可选地，所述变倍照明镜头在像面上的照明区域直径为R，则16mm≤R≤32mm。

可选地，所述变倍照明镜头的入射光数值孔径NA≤0.24。

可选地，所述变倍照明镜头的光学共轭距长为TTL，TTL≤294mm。

本实用新型的技术方案中，所述第一透镜组、所述第二透镜组以及所述第三透镜组在所述变倍照明镜头的光轴方向上自物面至像面依次布设，所述第二透镜组和所述第三透镜组可在所述驱动装置的驱动下沿光轴方向活动，以改变相邻所述透镜组之间的间隔以及所述第三透镜组与像面之间的间隔，实现变倍，如此，所述第一透镜组定位设置，使其与像面之间的距离固定，保障所述变倍照明镜头的光学总长保持为一定值，便于所述变倍照明镜头的组装设置。具体地，所述第一透镜组的焦距为f1，则3.25mm≤f1≤40.5mm；所述第二透镜组的焦距为f2，则-50.85mm≤f2≤-3.25mm；所述第三透镜组的焦距为f3，则50mm≤f3≤160mm，其三者焦距均可在上述焦距范围内变化，具体地，本实施例中，所述第一透镜组焦距设置为13.88mm，所述第二透镜组焦距设置为-11.60mm，所述第三透镜组焦距设置为80.96mm，在成型后为定焦的所述透镜组，所述驱动装置驱动所述第二透镜组与所述第三透镜组活动为相对活动，即相互靠近或相互远离，如此，改变所述透镜组件整体的焦距以实现变倍，可以理解的是，所述第二透镜组与所述第三透镜组相对活动设置，能够在所述透镜组件进行连续变焦的过程中，对出射光进行补偿，从而保证所述透镜组件连续变焦时的出射光质量，保证变焦过程中出射光照度均匀度。即，本方案中，在实际调焦过程中，在不改变所述变倍照明镜头光学总长的基础上，通过所述驱动装置改变定焦的所述第二透镜组与所述第三透镜组在所述变倍照明镜头的光轴方向上的位置来达到所述透镜组件的变焦目的，变焦流畅且光斑照度均匀，满足对入射到DMD表面的照明光斑的实际大小进行调节，以避免DMD表面的曝光区域改变后，照明系统的照明光斑尺寸大于DMD表面的曝光区域而造成的入射光的浪费，以及照明光斑尺寸小于DMD表面的曝光区域而无法正常使用的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的变倍照明镜头的一实施例的11X变倍状态下的平面示意图；

图2为图1中的变倍照明镜头的8.5X变倍状态下的平面示意图；

图3为图1中的变倍照明镜头的5.5X变倍状态下的平面示意图；

图4为图1中的变倍照明镜头的照度均匀度示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	变倍照明镜头	121	第四透镜
1	透镜组件	13	第三透镜组
				11	第一透镜组	131	第五透镜
111	第一透镜	132	第六透镜
				112	第二透镜	2	驱动装置
113	第三透镜	3	光阑
				12	第二透镜组

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

DMD无掩膜曝光机是一种使用数字微镜组件(DMD)作为光刻掩模的无掩膜光刻技术。DMD是一种由微小反射镜组成的数字光学装置，可以在微秒级别内快速地控制每个反射镜的状态，从而实现高速、高精度的光刻掩模切换。

通常DMD无掩膜的照明系统会根据光棒尺寸和DMD的大小进行定制化设计，采用固定倍率的照明系统，因此，当曝光区域大小变化时，超过DMD曝光区域面积的入射光存在浪费的问题。

鉴于此，本实用新型提供一种变倍照明镜头，图1至图4为本实用新型提供的变倍照明镜头的一实施例，以下将结合具体的附图对所述变倍照明镜头进行说明。

请参阅图1至图4，所述变倍照明镜头100包括透镜组件1以及驱动装置2，所述透镜组件1包括由多个透镜组成的多个透镜组，所述驱动装置2驱动连接多个所述透镜组，多个所述透镜组在光轴方向上自物面至像面依次包括：第一透镜组11，其具有正光焦度；第二透镜组12，其具有负光焦度；以及，第三透镜组13，其具有正光焦度；其中，所述多个透镜组在光轴延伸方向可活动设置，通过所述驱动装置2改变相邻所述透镜组之间的间隔以及所述第三透镜组13与像面的间隔实现变倍；所述第一透镜组11的焦距为f1，则3.25mm≤f1≤40.5mm；所述第二透镜组12的焦距为f2，则-50.85mm≤f2≤-3.25mm；所述第三透镜组13的焦距为f3，则50mm≤f3≤160mm。

本实用新型的技术方案中，所述第一透镜组11、所述第二透镜组12以及所述第三透镜组13在所述变倍照明镜头100的光轴方向上自物面至像面依次布设，所述第二透镜组12和所述第三透镜组13可在所述驱动装置2的驱动下沿光轴方向活动，以改变相邻所述透镜组之间的间隔以及所述第三透镜组13与像面之间的间隔，实现变倍，如此，所述第一透镜组11定位设置，使其与像面之间的距离固定，保障所述变倍照明镜头100的光学总长保持为一定值，便于所述变倍照明镜头100的组装设置。具体地，所述第一透镜组11的焦距为f1，则3.25mm≤f1≤40.5mm；所述第二透镜组12的焦距为f2，则-50.85mm≤f2≤-3.25mm；所述第三透镜组13的焦距为f3，则50mm≤f3≤160mm，其三者焦距均可在上述焦距范围内变化，具体地，本实施例中，所述第一透镜组11焦距设置为13.88mm，所述第二透镜组12焦距设置为-11.60mm，所述第三透镜组13焦距设置为80.96mm，在成型后为定焦的所述透镜组，所述驱动装置2驱动所述第二透镜组12与所述第三透镜组13活动为相对活动，即相互靠近或相互远离，如此，改变所述透镜组件1整体的焦距以实现变倍，可以理解的是，所述第二透镜组12与所述第三透镜组13相对活动设置，能够在所述透镜组件1进行连续变焦的过程中，对出射光进行补偿，从而保证所述透镜组件1连续变焦时的出射光质量，保证变焦过程中出射光照度均匀度。即，本方案中，在实际调焦过程中，在不改变所述变倍照明镜头100光学总长的基础上，通过所述驱动装置2改变定焦的所述第二透镜组12与所述第三透镜组13在所述变倍照明镜头100的光轴方向上的位置来达到所述透镜组件1的变焦目的，变焦流畅且光斑照度均匀，满足对入射到DMD表面的照明光斑的实际大小进行调节，以避免DMD表面的曝光区域改变后，照明系统的照明光斑尺寸大于DMD表面的曝光区域而造成的入射光的浪费，以及照明光斑尺寸小于DMD表面的曝光区域而无法正常使用的情况。

具体地，所述透镜组件1包括自物面至像面依次设置的第一透镜111、第二透镜112、第三透镜113、第四透镜121、第五透镜131以及第六透镜132，所述第一透镜111、所述第二透镜112以及所述第三透镜113形成所述第一透镜组11，所述第四透镜121形成所述第二透镜组12，所述第五透镜131以及所述第六透镜132形成所述第三透镜组13。所述第一透镜组11、所述第二透镜组12以及所述第三透镜组13内所述透镜的数量以实际需求为主，能够满足上述需求即可，在此不作限定，本实施例中，所述透镜组件1设置有所述第一透镜111至所述第六透镜132，且所述第一透镜111至所述第三透镜113形成所述第一透镜组11，所述第四透镜121形成所述第二透镜组12，所述第五透镜131以及所述第六透镜132组成所述第三透镜组13。

此外，所述变倍照明镜头100还包括光阑3，所述光阑3位于所述第三透镜113与所述第四透镜121之间。通过所述光阑3调整所述变倍照明镜头100的照度分布，以提升所述变倍照明镜头100的照度均匀度。具体地，本实施例中，所述变倍照明镜头100投射至像面上的光斑照度均匀度最高可达99％。

进一步地，所述第一透镜111、第二透镜112以及第三透镜113形成前透镜组，所述第四透镜121、第五透镜131以及第六透镜132组成后透镜组，所述前透镜组的像面与所述后透镜组的物面在所述光阑3处重合，以形成双远心镜头。在设置有所述光阑3提升照度均匀度的基础上，本实施例中，将所述前透镜组的像面与所述后透镜组的物面重合于所述光阑3处，以形成所述双远心镜头，如此，可滤除所述变倍照明镜头100内的杂光，且利用双远心镜头的高分辨率、低畸变等良好的光学特性，提升所述变倍照明镜头100的照明精度。

具体地，所述双远心镜头的远心度为A，则-0.5°≤A≤0.5°。为满足所需精度的要求，保证畸变量，本实施例中，所述变倍照明镜头100的远心度控制在±0.5°以内。

具体地，请参照下述表1至表2，表1至表2提供了实现本实施例中所述变倍照明镜头100的具体数据。

如表1所示，表中数据为所述变倍照明镜头100的一组数据，其中包括面编号、面型、半径、中心距和光学材料；半径的正负满足光学的基本符号规则；光学材料数据包括该材料的折射率和阿贝数。

如表2所示为表1中可变参数D6、D9、D13在不同状态下的取值、不同状态下变倍倍数、所述变倍照明镜头100入射光的数值孔径以及所述变倍照明镜头100的光学总长，其中具体包括5.5倍变倍、8.5倍变倍以及11倍变倍状态下，上述可变参数的数值。

表1

表2

	低变倍	中变倍	高变倍
				倍率	5.5X	8.5X	11X
数值孔径	0.24	0.24	0.24
				镜头总长	294	294	294
D6	1	1.98	2.37
				D9	31.18	13.07	1.54
D13	111	128.13	139.27

此外，每一所述透镜具有相对的两个镜面，且分别为朝向物面的物侧面以及朝向像面的像侧面；所述第一透镜111与物面的距离为L1，则3mm≤L1≤6mm；和/或，所述第三透镜113的像侧面与所述光阑3的中心距为L2，则1mm≤L2≤3mm；和/或，所述第四透镜121的像侧面与所述第五透镜131的物侧面的中心距为L3，则1mm≤L3≤33mm；和/或，所述第六透镜132与像面的中心距为L4，则111mm≤L3≤140mm。具体地，参照表1，L1为物面距离所述第一透镜111的中心距，在一定波动范围内对所述变倍照明镜头100的影响较小，本实施例中，L1设置为4.37mm。L2为表1中的D6，L3为表1中的D9，L4为表1中的D13，在满足所述变倍照明镜头100的光学总长恒定的基础上，对L2、L3以及L4进行调节，实现所述变倍照明镜头100的变倍功能。

具体地，基于上述参数，所述变倍照明镜头100的放大倍率为M，则5.5≤M≤11。

进一步地，基于上述参数，所述变倍照明镜头100在像面上的照明区域直径为R，则16mm≤R≤32mm，如此，满足对所述变倍照明镜头100光照尺寸的调节，以适配数字微镜装置(DMD)上的投影区域，提高能量利用率，减少漏光。

此外，基于上述参数，所述变倍照明镜头100的光学共轭距长为TTL，TTL≤294mm。考虑生产加工以及组装精度，所述变倍照明镜头100的光学共轭距长存在一定波动范围，而为保障所述变倍照明镜头100的正常安装，其光学共轭距长应小于设定长度，即TTL≤294mm，本实施例中，所述变倍照明镜头100的光学共轭距长为294mm。

此外，所述变倍照明镜头100的入射光数值孔径NA≤0.24。相较于常用镜头0.22的数值孔径，本实施例中，数值孔径最高可达0.24，如此，能够提升所述变倍照明镜头100的分辨率。

此外，在本实施例中，所述透镜组件1内的所述透镜均采用球面透镜，如此，便于所述透镜加工且成本较低易于推广。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种变倍照明镜头，其特征在于，包括透镜组件以及驱动装置，所述透镜组件包括由多个透镜组成的多个透镜组，所述驱动装置驱动连接多个所述透镜组，多个所述透镜组在光轴方向上自物面至像面依次包括：

第一透镜组，其具有正光焦度；

第二透镜组，其具有负光焦度；以及，

第三透镜组，其具有正光焦度；

其中，所述多个透镜组在光轴延伸方向可活动设置，通过所述驱动装置改变相邻所述透镜组之间的间隔以及所述第三透镜组与像面的间隔实现变倍；

所述第一透镜组的焦距为f1，则3.25mm≤f1≤40.5mm；

所述第二透镜组的焦距为f2，则-50.85mm≤f2≤-3.25mm；

所述第三透镜组的焦距为f3，则50mm≤f3≤160mm。

2.如权利要求1所述的变倍照明镜头，其特征在于，所述透镜组件包括自物面至像面依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜以及第六透镜，所述第一透镜、所述第二透镜以及所述第三透镜形成所述第一透镜组，所述第四透镜形成所述第二透镜组，所述第五透镜以及所述第六透镜形成所述第三透镜组。

3.如权利要求2所述的变倍照明镜头，其特征在于，所述变倍照明镜头还包括光阑，所述光阑位于所述第三透镜与所述第四透镜之间。

4.如权利要求3所述的变倍照明镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜组成前透镜组，所述第四透镜、第五透镜以及第六透镜组成后透镜组，所述前透镜组的像面与所述后透镜组的物面在所述光阑处重合，以形成双远心镜头。

5.如权利要求4所述的变倍照明镜头，其特征在于，所述双远心镜头的远心度为A，则-0.5°≤A≤0.5°。

6.如权利要求3所述的变倍照明镜头，其特征在于，每一所述透镜具有相对的两个镜面，且分别为朝向物面的物侧面以及朝向像面的像侧面；

所述第一透镜与物面的距离为L1，则3mm≤L1≤6mm；和/或，

所述第三透镜的像侧面与所述光阑的中心距为L2，则1mm≤L2≤3mm；和/或，

所述第四透镜的像侧面与所述第五透镜的物侧面的中心距为L3，则1mm≤L3≤33mm；和/或，

所述第六透镜与像面的中心距为L4，则111mm≤L3≤140mm。

7.如权利要求6所述的变倍照明镜头，其特征在于，所述变倍照明镜头的放大倍率为M，则5.5≤M≤11。

8.如权利要求1所述的变倍照明镜头，其特征在于，所述变倍照明镜头在像面上的照明区域直径为R，则16mm≤R≤32mm。

9.如权利要求1所述的变倍照明镜头，其特征在于，所述变倍照明镜头的入射光数值孔径NA≤0.24。

10.如权利要求1所述的变倍照明镜头，其特征在于，所述变倍照明镜头的光学共轭距长为TTL，TTL≤294mm。