[发明专利]一种照明光路系统及曝光光学系统

说明书

本发明提出三段式照明光路系统，包括：前段子系统，用于收集照明光路前端的匀光部件出射的光束，中段子系统，用于对前段子系统输出的光束进一步汇聚，后段子系统，用于将中段子系统汇聚后的光束投射至数字微镜器件上，通过调整中段子系统的焦距改变照明光路系统的放大倍率，从而可以选择较大的放大倍率来降低对匀光部件的加工要求。

技术领域

本发明属于激光投影技术领域，具体涉及一种照明光路系统。

背景技术

DLP（Digital Light Processing：数字光学处理）技术是一种应用了DMD（DigitalMicromirror Device：数字微镜器件）作为关键处理元件以实现数字光学处理过程的显像技术，正广泛应用于投影显示、特种照明以及光刻加工等领域。DLP系统通常包括光源、匀光部件（多采用匀光棒）、照明光路系统、数字微镜器件、投影光学系统。如图1所示的直写光刻机光学系统中，光源1产生的光束经准直后进入匀光部件2，进行均匀化后入射到照明光路系统3，照明光路系统3将匀光部件2出光位置的物面光投射（成像）到DMD 4的微镜阵列上，DMD作为光调制部件在对光束进行调制后投射到投影光学系统5进行成像。

在整个DLP系统中，照明光路系统对光束的处理效果直接决定了投影镜头最终的投影效果。照明系统的关键指标包括远心度、放大倍率、后截距、利用率等。而DMD作为核心部件，照明光路系统的设计也需要根据DMD的需求而定。照明光路系统投射到DMD微镜阵列上的光斑尺寸需要等于或略大于微镜阵列整体尺寸，这取决于照明光路系统的倍率。而现有技术中，如专利CN205388665U示出的照明光学系统，虽然能够兼容多规格的DMD，但由于其倍率较小，则要求匀光部件的出光面面积较大，在保证匀光效果的情况下匀光部件的长度必须足够长，而大尺寸的匀光部件加工难度大且成本高。此外该系统采用了非球面透镜，非球面透镜的加工工艺复杂同样导致成本过高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种照明光路系统，以克服现有照明系统前端需要大尺寸匀光部件导致加工难成本高的问题。为此，本发明采用如下的技术方案：

一种照明光路系统，所述照明光路系统为远心光学系统，所述照明光路系统包括：前段子系统，用于收集照明光路前端的匀光部件出射的光束；中段子系统，用于对前段子系统输出的光束进一步汇聚；后段子系统，用于将中段子系统汇聚后的光束投射至数字微镜器件上；其中，所述照明光路系统通过调整所述中段子系统的焦距来改变所述照明光路系统的放大倍率。

优选地，所述任一子系统采用的透镜均为球面透镜。

优选地，所述前段子系统包括弯月形透镜，所述前表面的曲率半径大于后表面的曲率半径。

优选地，所述弯月形透镜的前表面和后表面非同心设置，所述前表面和所述后表面的球心距离大于10mm。

优选地，所述中段子系统包括第一双凹透镜和第一双凸透镜，在光束的传播路径上，所述第一双凸透镜在前，所述第一双凹透镜在后。

优选地，所述中段子系统还包括位于所述第一双凸透镜和所述第一双凹透镜之间的凸平透镜，所述凸平透镜的出光面为近似平面。

优选地，所述后段子系统包括第二双凸透镜和偏转组件。

优选地，所述偏转组件包括反射镜和TIR棱镜，所述反射镜位于所述中段子系统和所述第二双凸透镜之间，所述TIR棱镜位于所述第二双凸透镜和所述数字微镜器件之间。

优选地，所述中段子系统的焦距与所述照明光路系统的放大倍率的乘积在150mm-170mm范围内。

优选地，所述前段子系统与所述中段子系统之间的第一间距D1范围是15mm≤D1≤50mm，所述中段子系统与所述后段子系统之间的第二间距D2范围是50mm≤D2≤200mm，所述后段子系统与所述数字微镜器件之间的第三间距D3范围是50mm≤D3≤300mm。