一種用于光刻式三維打印機(jī)的高數(shù)值孔徑成像物鏡的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于光刻式三維打印機(jī)的高數(shù)值孔徑成像物鏡，該物鏡采用了雙遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)，共10片鏡片，工作波段為365nm±10nm。物鏡光學(xué)物像共軛距為L＝350mm，其中物方工作距為85.2mm，像方工作距約為79.5mm。物方有效視場為20mm×20mm，物方數(shù)值孔徑NA＝0.19，工作分辨力為σ＜100μm。
【專利說明】一種用于光刻式三維打印機(jī)的高數(shù)值孔徑成像物鏡

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是一種用于光刻式三維打印機(jī)的高數(shù)值孔徑成像物鏡，屬于三維微結(jié)構(gòu)加 工設(shè)備中的光學(xué)系統(tǒng)研究領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，三維結(jié)構(gòu)打印機(jī)已成為工程領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點。多數(shù)三維結(jié)構(gòu)打印機(jī) 主要用于宏觀元器件的制作，例如用三維打印元件替代傳統(tǒng)機(jī)械加工元件。但在結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié) (分辨力）〇 <20um的微觀三維元器件制作方面，研究的成果并不多。缺乏一種可靠的微 細(xì)結(jié)構(gòu)三維打印設(shè)備是阻礙其向更精細(xì)節(jié)點發(fā)展的重要原因。
[0003] 中科院光電技術(shù)研究所提出了 一種光刻式的3D打印機(jī)（專利申請?zhí)枺? 201310676063. 4)。這種3D打印機(jī)，將無掩膜光刻技術(shù)和三維固化技術(shù)結(jié)合在一起，可以有 效實現(xiàn)。
[0004] 由于存在一個旋轉(zhuǎn)曝光的過程導(dǎo)致每個細(xì)分面曝光的時間很短，這種光刻式三維 打印機(jī)需要較大的瞬時曝光能量。目前，多數(shù)光刻機(jī)投影物鏡的著重于成像質(zhì)量，鏡片數(shù)量 較為龐大，從而導(dǎo)致透過率較低。在實際工程中，通常利用更換更大功率光源來解決這一問 題。但此類解決方案會大幅增加設(shè)備的體積和成本，對于光刻式三維打印機(jī)這種小型設(shè)備 是難以接受的。兼顧成本、體積以及曝光效率是光刻式三維打印機(jī)光學(xué)系統(tǒng)亟需解決的問 題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述提到的問題，本發(fā)明設(shè)計了一種用于光刻三維打印機(jī)的高數(shù)值孔徑 成像物鏡。相比于同類產(chǎn)品設(shè)計，本物鏡只有10枚鏡片，數(shù)值孔徑較大，可以較好的平衡各 類像差。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種用于光刻式三維打印機(jī)的高數(shù)值孔徑成像物鏡， 其特征是該投影物鏡物象共軛距L= 350mm;
[0007] 其中物方工作距為85. 2mm，像方工作距為79. 5mm;
[0008] 其中工作中心波長為365nm，有效工作波段為360nm?370nm;
[0009] 該物鏡為雙遠(yuǎn)心對稱式結(jié)構(gòu)，總共10塊鏡片；
[0010] 從物面光線入射方向開始到光闌前為第一組鏡片，第一組鏡片包括第一鏡片L1， 第二鏡片L2,第三鏡片L3,第四鏡片L4,第五鏡片L5,其中第五鏡片L5為負(fù)透鏡，其余鏡片 為正透鏡；從光闌后到像面前為第二組鏡片，第二組鏡片包括第六鏡片L6,第七鏡片L7,第 八鏡片L8,第九鏡片L9,第十鏡片L10 ;第二組鏡片與第一組鏡片關(guān)于光闌對稱，即第六鏡 片L6與第五鏡片L5相同，第七鏡片L7與第四鏡片L4相同，并以此類推；
[0011] 進(jìn)一步的，同時物鏡的物方、像方遠(yuǎn)心度控制在±0. 5°以內(nèi)，該物鏡所述遠(yuǎn)心度 控制在±0.5°以內(nèi)這樣可以保證物鏡在像面或物面發(fā)生一定量偏移時，成像質(zhì)量和放大 倍率不會受到太大的影響。
[0012] 進(jìn)一步的，該物鏡成-1倍倒像，即放大倍率為-1 X。
[0013] 進(jìn)一步的，物方有效視場為20mmX20mm，物方數(shù)值孔徑為NA物=0. 19。
[0014] 進(jìn)一步的，所有鏡片玻璃材料全部采用國產(chǎn)成都光明光電公司的材料，牌號分別 為：H-K9L、H-QK3L、F2 ;此三種材料在356nm波段實測中具有良好的透過率。
[0015] 本發(fā)明的原理在于：
[0016] 一種用于光刻式三維打印機(jī)的高數(shù)值孔徑成像物鏡，其物象共軛距L= 350mm。其 中物方工作距Lfe= 85. 2mm，像方工作距L{S= 79. 5mm。本物鏡物方有效視場20mmX20mm，物 方數(shù)值孔徑NA物=0. 19。物鏡放大倍率0 = -IX，故像方有效視場同樣為20mmX20mm，像 方數(shù)值孔徑NA像=0? 19。本物鏡設(shè)計中心波長為i線，即365nm，有效工作波段為360nm? 370nm。本發(fā)明中所提出的用于光刻式三維打印機(jī)的成像物鏡，共有10枚鏡片。從入射方 向開始到光闌前，依次設(shè)有L1?L5共5塊鏡片，為第一鏡組。其中L5為負(fù)透鏡，其余鏡片 均為正透鏡。從光闌開始到像面，依次設(shè)有L6?L10共5塊鏡片，為第二鏡組。第二鏡組 光學(xué)參數(shù)與第一鏡組光學(xué)參數(shù)關(guān)于光闌成鏡像對稱，中心空氣間隔可以進(jìn)行微調(diào)以平衡像 質(zhì)。整個成像物鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)為雙遠(yuǎn)心結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于：當(dāng)物面或像面發(fā)生微小 偏移時，鏡頭的放大倍率、成像質(zhì)量不會發(fā)生較大的變化。
[0017] 本發(fā)明一種用于光刻式三維打印機(jī)的高數(shù)值孔徑成像物鏡初步優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)如 下表所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于光刻式三維打印機(jī)的高數(shù)值孔徑成像物鏡，其特征是：該投影物鏡物象共 軛距為L = 35Ctam ; 其中物鏡的物方工作距為85. 2mm，像方工作距為79. 5mm，物鏡工作中心波長為365nm， 有效工作波段為360nm?370nm ; 該物鏡共有10枚鏡片，構(gòu)成雙遠(yuǎn)心對稱式結(jié)構(gòu)，從物面光線入射方向開始到光闌前為 第一組鏡片，第一組鏡片包括第一鏡片L1，第二鏡片L2,第三鏡片L3,第四鏡片L4,第五鏡 片L5,其中第五鏡片L5為負(fù)透鏡，其余鏡片為正透鏡；從光闌后到像面前為第二組鏡片，第 二組鏡片包括第六鏡片L6,第七鏡片L7,第八鏡片L8,第九鏡片L9,第十鏡片L10 ;第二組 鏡片與第一組鏡片關(guān)于光闌對稱，即第六鏡片L6與第五鏡片L5相同，第七鏡片L7與第四 鏡片L4相同，并以此類推。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光刻式三維打印機(jī)的高數(shù)值孔徑成像物鏡，其特征 是：同時物鏡的物方、像方遠(yuǎn)心度控制在±0. 5°以內(nèi)，該物鏡所述遠(yuǎn)心度控制在±0. 5° 以內(nèi)這樣可以保證物鏡在像面或物面發(fā)生一定量偏移時，成像質(zhì)量和放大倍率不會受到太 大的影響。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光刻式三維打印機(jī)的高數(shù)值孔徑成像物鏡，其特征 是：該物鏡成-1倍倒像，即放大倍率為-1 X。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光刻式三維打印機(jī)的高數(shù)值孔徑成像物鏡，其特征 是：物方有效視場為20mmX20mm，物方數(shù)值孔徑為NA物=0? 19。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于光刻式三維打印機(jī)的高數(shù)值孔徑成像物鏡，其 特征是：所有鏡片玻璃材料全部采用國產(chǎn)成都光明光電公司的材料，牌號分別為：H_K9L、 H-QK3L、F2 ;此三種材料在356nm波段實測中具有良好的透過率。
【文檔編號】G02B13/00GK104330870SQ201410614414
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】劉俊伯, 程依光, 司新春, 鄧欽元, 周毅, 高洪濤, 胡松 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所