基于DLP应用的光刻物镜设计与微型投影机光学系统研究

摘要

随着信息技术的发展，数字化时代的到来，DLP数字光处理技术作为一项世界领先的数字化投影显示技术，除了被广泛使用于人们所熟知的包括数字影院、商务、教育和家庭影院在内的应用场景之外，如今也已渗透进入工业、个人消费电子类产品、医疗、汽车等众多领域。近年来，将DLP技术应用于PCB印刷电路板的光刻领域受到人们的高度关注。虽然传统PCB光刻已经发展得很成熟，但是无论从效益、成本、精度，还是环保等方面来讲，都已经无法跟上时代的步伐，而基于DLP的数字光刻技术恰恰在传统光刻的基础上，增添进了数字现代化这一因素，使PCB光刻重新跟上了时代的节奏。因此，针对高精度PCB的制作，DLP数字光刻系统的研究和开发目前显得尤为重要。另外，在投影显示领域，随着人们对投影显示设备的移动便携性需求越来越大，传统投影机庞大而又笨重的体积根本不能满足这种便携式场景的使用，因此，DLP微型投影机作为目前投影市场的大热，针对其的研究也显得十分之具有实际性意义与市场价值。
　　针对DLP数字光刻，本文利用Zemax光学设计软件，设计出了一套适用于型号0.7XGA DMD的10片式光刻投影物镜，该物镜在采用非对称性结构的基础上，前组为改进过的三分离物镜，后组则为匹兹伐物镜加平像场镜。经对其结果进行像质评价后，表明其具备更佳的成像效果，且分辨率达到了2μm，满足了微米级PCB光刻的使用需求。在对该镜头进行公差分析后，也证明了这种非对称性结构加工和校装的可能性。将该投影物镜运用于DLP数字光刻系统中，相信可为高质量的图像转移提供有力的保障。
　　针对DLP微型投影机光学系统，分析了基于合光方式来划分的三种光学结构及各自优缺点，并采用了其中的三通道合光作为该系统的光学结构。接着介绍和研究了微型投影机照明系统的主要组成，包括光源、准直系统、均束系统以及全反射棱镜。对于成像系统，则根据使用需求，设计了一组适用于微投影显示的投影物镜，在分析了该物镜的设计结果之后，得出其符合各项投影指标、具备优良成像质量的结论。最后利用Trace Pro光学仿真软件对整个DLP微型投影机光学系统进行建模和仿真，分析了整机性能，表明其符合实际的使用要求。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题的研究背景

1．2 光刻技术简介

1．2．1 有掩模光刻

1．2．2 无掩模光刻

1．3 微投影显示简介

1．4 本文研究的内容

第二章 DLP数字光处理技术

2．1 DMD简介

2．1．1 DMD结构及工作原理

2．1．2 灰度图与彩色图显示原理

2．1．3 高清DMD芯片

2．2 照明光源

2．3 均束器件

2．4 投影物镜

2．4．1 柯克三片式物镜

2．4．2 天塞物镜

2．4．3 匹兹伐型物镜

2．4．4 双高斯型物镜

2．4．5 反远距结构物镜

2．5 本章小结

第三章 DLP数字光刻投影物镜设计

3．1 引言

3．2 设计要点

3．2．1 光学材料选取

3．2．2 基本结构选取

3．2．3 基本参数确定

3．3 几何像差理论与像质评价方法

3．4 优化过程

3．5 结果分析

3．5．1 点列图

3．5．2 光程差图

3．5．3 调制传递函数MTF

3．5．4 场曲和畸变

3．5．5 公差分析

3．6 结论

第四章 DLP微型投影机光学系统仿真研究

4．1 引言

4．2 DLP微型投影机光学系统结构

4．2．1 照明光源

4．2．2 准直系统

4．2．3 均束系统

4．2．4 全反射棱镜

4．2．5 成像系统

4．3 DLP微型投影机光学系统的建模与仿真结果

4．4 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文及申请的专利

声明

致谢