光学投影阵列曝光系统

摘要

公开了一种空间光调制器成像系统。该系统包括照明模块、投影模块及照明‑投影光束分离器，该照明模块被配置为提供照明光，其中，该照明光呈现由该空间光调制器成像系统成像的数据图案；该投影模块被配置为将该照明光投射至基板；该照明投影光束分离器耦接于该照明模块与该投影模块之间；其中，该照明‑投影光束分离器被配置为接收沿照明光轴的该照明光，并将所接收的照明光沿投影光轴传送至该投影模块，其中该照明光轴与该投影光轴实质上彼此平行。

权利要求

1.一种空间光调制器成像系统，包括：

照明模块，被配置为提供照明光，该照明光呈现将由该空间光调制器成像系统成像的数据图案；

投影模块，被配置为将该照明光投射至基板，其中该投影模块包括下列各项中的至少一项：一比一放大倍率投射系统，提供以一比一的放大倍率投射的数据图案；及六比一放大倍率缩小系统，提供以六比一之放大倍率缩小的数据图案；及照明-投影光束分离器，耦接于该照明模块与该投影模块之间，其中该照明-投影光束分离器被配置为接收沿照明光轴的该照明光，并将接收的该照明光沿投影光轴传送至该投影模块，其中该照明光轴与该投影光轴实质上彼此平行，其中，所述一比一放大倍率投射系统以及所述六比一放大倍率缩小系统共用相同的照明模块和照明-投影光束分离器，其中该照明模块包括：多个激光二极管，被配置为产生该照明光；

多个光纤束，被配置为将该照明光传送至该照明-投影光束分离器；及导光筒，被配置为固持该多个光纤束。

2.如权利要求1所述的空间光调制器成像系统，其中该照明模块被配置为相对于该照明光而具有远心性，且该投影模块被配置为相对于该基板而具有远心性。

3.如权利要求1所述的空间光调制器成像系统，其中该照明-投影光束分离器包括：第一棱镜，被配置为接收沿该照明光轴的该照明光；

第二棱镜，被配置为沿该投影光轴传送该照明光；

空气间隙，分隔该第一棱镜与该第二棱镜；及

光束定向调整器，位于该第一棱镜附近，该光束定向调整器被配置为调整该照明光，使该照明光以相对于位于第二棱镜附近的数字微镜装置DMD的法线的预定入射角进入DMD，且该预定入射角实质上等于该DMD的倾角的两倍。

4.如权利要求3所述的空间光调制器成像系统，其中该第一棱镜包括：第一直角棱镜，其中该第一直角棱镜包括：第一表面，被配置为接收正入射的该照明光；

第二表面，被配置为接收45度角的该照明光，并使该照明光实质上于该第二表面被反射；以及第三表面，耦接至该光束定向调整器，其中该第三表面及该光束定向调整器被配置为使该照明光以该预定入射角穿过该第二表面及该空气间隙。

5.如权利要求3所述的空间光调制器成像系统，其中该第二棱镜包括：第二直角棱镜，其中该第二直角棱镜包括：第一表面，被配置为接收来自该第一棱镜的该照明光；

第二表面，被配置为将该照明光传至该DMD，并接收从该DMD反射的该照明光，其中，该第一表面还被配置为实质上反射从该DMD反射的该照明光；以及第三表面，被配置为沿该投影光轴传送从该第一表面反射的该照明光。

6.如权利要求3所述的空间光调制器成像系统，其中该空气间隙具有0.005毫米至

0.015毫米的范围内的尺寸。

7.如权利要求3所述的空间光调制器成像系统，其中该光束定向调整器包括下列各项中的至少一项：楔形镜，其中该楔形镜在第一端具有4.67毫米的厚度，在第二端厚具有2.18毫米的厚度，并且具有5.47°的斜率；及反射光栅涂层，其中该反射光栅涂层是无机MgF2涂层，具有大于该空间光调制器成像系统的对应曝光波长的十倍的厚度。

8.如权利要求1所述的空间光调制器成像系统，还包括：摄像模块，被配置为监测该空间光调制器成像系统的聚焦及对准，并检查微镜的开启-关闭行为；其中该摄像模块被配置为相对于该基板而具有远心性。

9.一种形成空间光调制器成像系统的方法，包括：

提供照明模块，其中该照明模块被配置为提供照明光，该照明光呈现将由该空间光调制器成像系统成像的数据图案；

提供投影模块，其中该投影模块被配置为将该照明光投射至基板，其中提供投影模块包括下列步骤中的至少一个步骤：经由一比一放大倍率系统以一比一的放大倍率投射数据图案；及经由六比一放大倍率缩小系统以六比一的放大倍率缩小来投射数据图案；及提供照明-投影光束分离器，耦接于该照明模块与该投影模块之间，其中该照明-投影光束分离器被配置为接收沿照明光轴的该照明光，并将接收的该照明光沿投影光轴传送至该投影模块，其中该照明光轴与该投影光轴实质上彼此平行，其中，所述一比一放大倍率系统和所述六比一放大倍率缩小系统共用相同的照明模块和照明-投影光束分离器，其中提供照明模块包括：通过多个激光二极管产生该照明光；

使用多个光纤束将该照明光传送至该照明-投影光束分离器；及使用导光筒固持该多个光纤束。

10.如权利要求9所述的方法，其中该照明模块被配置为相对于该照明光具有远心性，且该投影模块被配置为相对于该基板而具有远心性。

11.如权利要求9所述的方法，其中提供该照明-投影光束分离器包括：提供第一棱镜、光束定向调整器、数字微镜装置DMD及第二棱镜，其中该光束定向调整器位于该第一棱镜附近，该光束定向调整器被配置为调整该照明光，使该照明光以相对于位于第二棱镜附近的该DMD的法线的预定入射角进入该DMD，且该预定入射角实质上等于该DMD的倾角的两倍；

以空气间隙分隔该第一棱镜与该第二棱镜；

利用该第一棱镜接收沿该照明光轴的该照明光；

控制该照明光，使该照明光穿过该第一棱镜、该光束定向调整器、该空气间隙、该DMD及该第二棱镜；及利用该第二棱镜沿该投影光轴传送该照明光。

12.如权利要求11所述的方法，其中该第一棱镜包括：第一直角棱镜，其中该第一直角棱镜包括：第一表面，被配置为接收正入射的该照明光；

第二表面，被配置为接收45度角的该照明光，并使该照明光于该第二表面实质上被反射；以及第三表面，耦接至该光束定向调整器，其中该第三表面及该光束定向调整器被配置为使该照明光以该预定入射角穿过该第二表面及该空气间隙。

13.如权利要求11所述的方法，其中该第二棱镜包括：第二直角棱镜，其中该第二直角棱镜包括：第一表面，被配置为接收来自该第一棱镜的该照明光；

第二表面，被配置为将该照明光传至该DMD，并接收从该DMD反射的该照明光，其中，该第一表面还被配置为实质上反射从该DMD反射的该照明光；以及第三表面，被配置为沿该投影光轴传送从该第一表面反射的该照明光。

14.如权利要求11所述的方法，其中该空气间隙具有在0.005毫米至0.015毫米的范围内的尺寸。

15.如权利要求11所述的方法，其中该光束定向调整器包括下列各项中的至少一项：楔形镜，其中该楔形镜在第一端具有4.67毫米的厚度，在第二端具有2.18毫米的厚度，并且具有5.47°的斜率；及反射光栅涂层，其中该反射光栅涂层是无机MgF2涂层，具有大于该空间光调制器成像系统的对应曝光波长的十倍的厚度。

16.如权利要求9所述的方法，还包括：

利用摄像模块监测该空间光调制器成像系统的聚焦及对准；

利用该摄像模块检查微镜开启-关闭行为，其中该摄像模块被配置为相对于该基板而具有远心性。

说明书

光学投影阵列曝光系统

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请要求在2013年6月4日提交的美国非临时申请号13/909,076，“光学投影阵列曝光系统”，的利益，该申请要求在2012年6月4日提交的美国临时申请号61/655,475，“光学投影阵列曝光系统”，的利益。上述美国申请以其全文通过引用合并于此。

技术领域

[0003] 本发明涉及平版印刷制作领域。更具体地讲，本发明涉及一种无光罩数字投影曝光系统。

发明内容

[0004] 本公开描述无光罩数字投影曝光系统的实施例。在一个实施例中，该系统包含照明模块、投影模块及照明-投影光束分离器，其中，该照明模块被配置为提供照明光，该照明光呈现由该空间光调制器成像系统所成像的数据图案；该投影模块被配置为将该照明光投射至基板；该照明-投影光束分离器耦接于该照明模块与该投影模块之间，其中，该照明-投影光束分离器被配置为接收沿照明光轴的该照明光，并将接收的照明光沿投影光轴传送至该投影模块，其中该照明光轴与该投影光轴实质上彼此平行。

[0005] 在另一实施例中，一种形成空间光调制器成像系统的方法包括下列步骤：提供照明模块，提供照明光，该照明光呈现由该空间光调制器成像系统成像的数据图案；提供投影模块，将该照明光投射至基板；及提供照明-投影光束分离器，其耦接于该照明模块与该投影模块之间，其中，照明-投影光束分离器被配置为接收沿照明光轴的该照明光，并将接收的照明光沿投影光轴传送至该投影模块，其中该照明光轴与该投影光轴实质上彼此平行。

附图说明

[0006] 在结合附图阅读了本发明实施例的详细描述后，本发明的上述特征和优点及其附加特征和优点将更容易理解。

[0007] 图1A示出根据本公开实施例的示例性空间光调制器(SLM)成像单元。

[0008] 图1B示出根据本公开实施例的图1A的空间光调制器(SLM)成像单元的光路的示例性概况。

[0009] 图2A示出根据本公开实施例的照明-投影光束分离器的示例性的二维图。

[0010] 图2B示出根据本公开实施例的图2A的照明-投影光束分离器的示例性的三维图。

[0011] 图2C示出根据本公开实施例的图2A的照明-投影光束分离器的另一示例性的三维图。

[0012] 图3示出根据本公开实施例的另一示例性照明-投影光束分离器。

[0013] 图4示出根据本公开实施例的1X投影光学系统于+Y场的均方根波前误差图。

[0014] 图5示出根据本公开实施例的示例性的6X投影光学器件剖面图。

[0015] 图6示出根据本公开实施例的图5的6X投影光学器件于+Y场的均方根波前误差图。

[0016] 图7示出根据本公开实施例的示例性的6X摄像机光学器件。

[0017] 图8示出根据本公开实施例的图7的6X摄像机光学器件于+Y场的均方根波前误差图。

[0018] 图9示出根据本公开一些实施例的形成空间光调制器成像系统的方法。

具体实施方式

[0019] 提出以下说明以使得本领域技术人员能够制作并使用本发明。仅仅将对特定实施例及应用的描述作为示例提供。这里描述的示例的各种修改和结合对本领域技术人员来说是显然的，且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可将这里限定的一般原理应用于其他示例及应用。因此，本发明并不意图限于描述及示出的示例，而被赋予符合本文所公开的原理及特征的最大范围。

[0020] 对于有生产价值的无光罩投影曝光系统而言，单位时间处理量至少应比得上基于光罩的平版印刷系统。如前面所述，SLM成像单元尺寸偏小限制了各曝光区的面积，使得扫描系统是必要的以构成完整的光罩图案。扫描速度可由多种因素确定，所述多种因素包括输入SLM成像单元的图案数据管道的带宽、反光镜像素(mirror pixel)的倾斜和建立时间、曝光方案及照明强度等。无论SLM成像单元曝光如何完成，单一SLM成像单元可能无法配置为与基于光罩的平版印刷系统的单位时间处理量匹配。但若将多个SLM成像单元布置为阵列，并配置为并行地共享曝光负荷(exposure load)，则此系统可被配置为单位时间处理量当可数倍于传统的基于光罩的曝光系统。通过利用更小尺寸的能够进行无光罩曝光的投影和照明光学器件来实现将多个SLM成像单元配置为一个无光罩曝光系统。在传统的基于光罩的曝光系统中，光学视场的尺寸必须被裁减为适合光罩总面积，这导致光学系统很大，其中仅光学器件的材料成本便较SLM列的阵列的相应成本高出一个数量级以上。

[0021] 为能将多个SLM成像单元配置为阵列，各单元被设计为外形小巧，以实现紧密排列的阵列结构。因为传统的汞弧灯大的物理尺寸并且需要散热，所以这种小巧的占用空间设计使得难以利用传统的汞弧灯作为照明光源。较佳的替代设计是使用固态二极管激光器。通过将光纤附着于二极管激光器的激光端，实现通过光纤有效地传导脉冲激光。通过将一组这种激光光纤聚集成束，并使用10瓦的总激光功率操作，该设计可被配置为具有在SLM成像单元的成像平面传送足够强度的小巧的照明光源。如果使用汞弧灯，则电弧的固有亮度将获得的有效功率限制为非常低的值。

[0022] 除了使用小巧高效率的照明光源外，SLM成像单元被设计为容纳反射式空间光调制器，并将从激光二极管至基板的路径中的光损耗最小化。这通过将照明-投影光束分离器内实现的光路产生折曲实现，从而入射于形成空气间隙的表面的光要么大于临界角，因而被全反射，要么远小于临界角，因此穿过该空气间隙而被有效地传送。

[0023] 为将多个SLM成像单元配置为用于生成同步曝光的紧密阵列，各单元可被设计为小巧的占用空间，使其被放置为靠近其相邻的SLM成像单元。在投影阵列曝光系统中，各SLM成像单元处的曝光可以独立又一致地执行，以构成完整的基板图案。图案数据可在SLM成像单元之间划分，然后输入给各SLM成像单元以进行曝光。在一个方法中，各SLM成像单元的光路可被设计，使其可轻易地被配置并被集成到包括多个SLM成像单元的紧密曝光系统阵列。

[0024] 图1A示出根据本公开实施例的示例性的空间光调制器(SLM)成像单元。根据本公开的实施例，为了使各SLM成像单元独立工作，使用多个光学模块以支持各SLM成像单元。如图1所示，SLM成像单元100包括照明模块102、照明-投影光束分离器104、投影模块106以及可选的摄像模块108。照明模块102包括对于想要的曝光波长具有足够强度的曝光光源，以及在SLM成像区实现均匀照明的导光筒(kaleido)或光管。投影模块106被配置为将图案数据成像于基板上。投影模块106的光路可被配置为与照明模块102的主光路共线(又称平行)，以形成小巧的单元占用面积。也就是说，照明模块102与投影模块106可以被构造为细长垂直的形状。摄像模块108被配置为监测SLM成像单元100的成像质量的各种方面(包括但不限于透镜的聚焦及对准)，并用作检查SLM反光镜开启-关闭行为。因此，摄像模块108被配置为使得SLM成像单元能被维修，并提供有用的曝光变化诊断。在一个实施方式中，摄像模块108可位于后端并朝向各SLM成像单元的侧边，因此，SLM成像单元便可从左至右呈狭长状，使多个列得以轻易组设成小巧的单行配置。若有必要，下一行SLM成像单元可放置于分开预定距离处，以容纳摄像模块108所需的额外空间。

[0025] 图1B示出通过从光管至基板的路径的多个部分的光路的示例性概况。用不同分割段131、132、133、134及135示出了光路的不同部分。示出了各分割段的主要组件。在下面的表1中提供了表面/组件的详细列表。表1描述了用于形成根据本公开实施例的图1A和图1B的SLM成像单元的组件的列表。

[0026] 表1 表面数据一览表(以毫米为单位)

[0027]

[0028]

[0029]

[0030] 根据本公开实施例，为了控制成像/印制的分辨率，可将图像投影物镜设计为具有适当的缩小系数。然而，增加缩小系数的一个挑战在于它以二次方形式减小了曝光区。这可对单位时间的曝光处理量造成负面影响并且可能大幅增加将被操作而创建输入到DMD的数据的像素的数目。就印刷电路板(PCB)平版印刷而言，印刷分辨率可能高于20微米。因此，假定原始DMD反光镜像素尺寸可能为约10.8微米，下面部分描述的无物镜缩小功能的1X SLM成像单元可能是适当的。这个缩放系数也有助于确保单位时间内的足够的曝光处理量。对于发光二极管(LED)及直通硅晶穿孔(TSV)应用而言，用于通常设计规则的最小临界尺寸(CD)可在3至5微米的范围内。在这种情况下，由于印刷DMD反光镜尺寸可能大约为3微米，所以可采用下面部分描述的6X投影光学设计。对于这些应用，使用以阵列构造布置的多个SLM成像单元以满足所需的单位时间处理量。

[0031] 根据本公开的多方面，可使用1X物镜设计及6X缩小物镜设计。请注意，多种多样的大于或小于1X或6X设计的放大倍率可被配置为应用于本公开。上述两种设计可被配置为共享共同的照明模块102。为方便聚焦及对准，投影物镜可被设计为所有光化曝光波长及所选定的非光化波长(其通常延伸至光谱的可见光部分，有时延伸至红外光部分)有共同的焦点。此外，可于各SLM成像单元的本体上安装可编程的聚焦平台以能够自动聚焦，这允许DMD图像在曝光过程中跟随基板表面。

[0032] 根据本公开的多个方面，所述系统被设计为可以为DMD阵列中的每一微镜监测照明填充系数。换言之，可检查各微镜的倾角(在开启与关闭之间变化，或在-12度与+12度之间变化)，以确保开启位置将入射于该微镜的光线传送至投影系统光瞳的标称中心，并确保关闭位置将大部分入射于微镜的光线从投影系统光瞳移除。制造商的产品说明书中指示微镜倾角可差不多变化±1度。这意味着自微镜反射的光束的方向差不多有2度的变化。这一变化可使反射后的照明光束朝投影系统光瞳边缘偏移，但大部分光线仍将穿过投影系统。因此，使用相对较小的照明填充系数确保所述设计能够适应此微镜倾角变化。降低对微镜倾角的敏感度的替换方法为设计过填充(over-fill)投影透镜光瞳的照明模块102。用小于投影数值孔径(NA)的照明NA来欠填充(under filling)投影光瞳更为有效，并且通常被称作采用部分相干照明(coherent illumination)。部分相干系数(σ)可以如下表示：

[0033] σ＝照明的NA/成像物镜的NA

[0034] 当照明的数值孔径与物镜的数值孔径相同时，σ为1。过填充意指σ大于1。当σ为1或大于1时，照明被描述为不相干，产生的图像较宽，且在第一零点外显示了较少的光环效应。在一些平版印刷成像应用中，一种方法是令σ≈0.5。其原因在于，当使用高对比度的光阻系统时，往往希望产生某种程度的光环效应。图像轮廓(image profile)在接近曝光阈值水平处愈陡则使得线宽控制更好，并且较显著的光环效应远低于所述阈值水平，并且在显影图像中看不到。在公开的SLM成像单元中，选用小的σ系数(0.25至0.27)，以在多个具有几乎随机位置的像素叠加时通常使用的条件下，实现较佳的俯视图像轮廓。这种方法可能有违常识，尤其当二极管激光器作为照明光源时。不同于传统的汞弧灯或LED光源，激光光源可能本质上是高度相干的，因而可具有产生可使成像平面上光线分布不均匀的激光散斑的趋势。当照明的相干性愈高，或σ值愈小时，不均匀的情形更严重。根据本公开的多方面，具有较小σ系数的照明系统的使用可以用于与像素混合相结合，其中像素混合是一种可将叠加在一起的像素成像以形成图案特征的方法。此方法不仅可形成较佳的图像边缘轮廓，而且还可减少微镜倾角误差的不良影响。根据本公开的实施例，一个解决方案为利用σ值较小的照明设计和二极管激光器照明光源，并采用包括叠加多个像素以在若干个像素上平均曝光量的曝光成像处理。

[0035] 照明模块102包括多个激光二极管，所述多个激光二极管经过光纤束光耦合至导光筒的一端，该导光筒使几乎所有输入光传播至另一端。在导光筒内历经十次或更多次全内反射后，输出的激光照明经过多次折曲，在导光筒的输出面形成均匀的强度分布。该导光筒安装于固定装置的中心，同时保持防止光线自导光筒侧壁漏出的全内反射(TIR)的特性。为了使漏光最小化，使有可能碰触导光筒侧壁之一的物体最小化，因为它们可能导致明显漏光。

[0036] 选择可用于碰触导光筒侧璧的材料以满足下面所示的全内反射公式。这里，NA表示进入光纤输出数值孔径，其通常大约为0.22。N1表示导光筒的折射率，其中该导光筒可以由对于大约405纳米波长具有接近1.47的折射率的熔融石英制成。公式预测所选材料(可安全碰触导光筒的材料)的折射率N2可对于约405纳米具有小于1.45的折射率。诸如氟化乙丙烯(FEP)的特氟龙薄膜以及无机MgF2涂料具有该特性，因此可适用于这个应用。可以用下面的数学式计算NA：

[0037] NA≤√(N12-N22)

[0038] 根据本公开的多方面，一个方法是使用一夹座，其可利用一对具有凹槽的金属爪将导光筒夹于两片厚约5密耳的FEP(特氟龙)薄膜之间，另以螺丝将该对金属爪紧固，从而夹住该导光筒。之所以能使用此FEP薄膜“包覆层”是因其折射率低到足以维持全内反射。其他实施例可包括：先将低折射率的材料涂于导光筒上以确保内反射，然后以不损坏涂层底面(sub-surface)的方式夹持该导光筒。该涂料可以为FEP特氟龙或MgF2。该涂层可具有足以容许些许误差但又不致显著降低反射率的厚度。例如，该涂层的厚度可设为至少大于十个曝光波长。代替对导光筒涂覆，另一方法可以用数微米厚的特氟龙薄膜来涂覆夹具侧面。

[0039] 以下段落将描述投影模块106的两种设计，一种是采用放大倍率为1X(1倍)的投影系统，另一种则采用放大倍率为6X(6倍)的投影系统，后者可将约10.8微米的反光镜像素缩小为六分之一，使基板上的像素尺寸为约1.8微米。上面图1A及表1描述了包括照明模块102及投影模块106的1X光学系统的示例性实施方式。该6X系统可以与该1X系统共享共同的照明模块102。在图5和表2中进一步描述投影模块106。摄像模块108的示例在图7中示出并在表3中描述。以下为设计数据概要。

[0040] 基本光学系统参数总结如下：

[0041]

[0042]

[0043] 两种设计均可配置为具有双远心，并于视场内具有很低的失真(亦即远小于0.1％)，且可在约400纳米、405纳米、410纳米及633纳米可妥善校正。该1X设计亦可在约550纳米进行校正，其中550纳米是该系统的预定对准波长，然而6X系统则在约940纳米进行对准校正。曝光辐射光谱可在光谱的400-410纳米部分，这也说明为何在这个波段共有三种校正波长。可使用以6328埃氦氖激光波长操作的测相干涉仪来构造和调整透镜。请注意，在某些情况下，校正后的波长范围上界为下界之2倍以上，且可根据特定的设计准则来选择玻璃。举例而言，在1X情况下，波前校正量可以为约0.05波长均方根(RMS)，或者最好为380纳米至1050纳米，其波长跨度上界为下界的约3倍。可参见图4、图6及图8。请注意，上述两种设计的一个特征在于，两者均于成像平面与第一透镜组件之间保持平面窗(flat window)。预期由于光阻曝光过程中所释放的蒸气所产生的残留最后涂覆该平面窗来实现，并且它们可被更换或予以维修。

[0044] 根据本公开的多方面，在公开的设计中实现透镜图像侧的远心性，以免随聚焦位置出现小的放大倍率改变。虽然对象侧可能不需要远心性，但是它可减化照明装置的设计，并改善数字微镜装置的性能及照明均匀度。

[0045] 请注意，在一些平版印刷应用中可能需要将通常由不同平版印刷工具成像的多个不同图案实质上精准地的叠加。由于此重迭精度可能小于最小图征尺寸，因此从一个平版印刷工具到另一个平版印刷工具的失真变化可能消耗整体重迭预算，而没有为对准预算留下什么。因此，除了在光谱的曝光部分内将视场中的失真维持在极低水平外，公开的实施例还可以被配置为保持对准波长处失真小，此对准波长通常位于光谱的另一端。用低失真实施公开的设计的另一原因在于支持相邻SLM成像单元之间的无缝图像接合。根据本公开实施例，1X与6X设计可共享公共照明模块，以及在微镜阵列(又称为数字微镜装置(DMD))附近设置的照明-投影光束分离器。

[0046] 图2A示出根据本公开实施例的照明-投影光束分离器中的示例性光路。如图2A所示，照明-投影光束分离器104可由两个棱镜202与204形成，该两个棱镜的斜边所在表面彼此相对布置，并且在其间有非常小的空气间隙206，例如0.005至0.015毫米范围的间隙。棱镜202的一个表面可附着于光束定向调整器208，此光束定向调整器208可以被实现为反射光栅表面。以45度入射于空气间隙表面的光线将与其原方向成90度被反射。以接近正入射的角度入射于空气间隙表面的光线将穿过空气间隙206而不被反射。在一个方法中，照明-投影光束分离器104被布置，：从而在空气中以偏离正入射约24度指向微镜阵列210(又称为数字微镜装置)的来自照明模块102的光线，以小于临界角40.81°的入射角入射于S-BSL7玻璃-空气间隙表面，从而穿过该间隙而无任何偏离。由微镜数组210反射的接近正入射的光线以约45度的角度入射于空气间隙表面，因此被配置为沿着投影模块光轴被反射。因此，照明-投影光束分离器104将入射照明光束与反射之投影系统光束分离，这种分离不仅效率高，且无需占用太大空间。

[0047] 根据本公开的多方面，通过使照明模块的光轴与投影模块的光轴实质上彼此平行可实现小的占用空间。一个实施方式是应用光束定向调整器208，所述光束定向调整器208可被实现为设于数字微镜装置对面的表面上的反射光栅表面。结果，照明-投影光束分离器104折曲照明模块光轴以使其实质上平行于投影模块光轴。此外，照明-投影光束分离器104可以矫正数字微镜装置焦平面倾斜。在数字微镜装置210的一个实施例中，光栅周期及衍射级可被选择以在空气中产生约24°的入射角。数字微镜装置上的反光镜可于方位面中枢转，此方位面是相对于显示部分及数字微镜装置表面上成行成列的反光镜而旋转约45°。此设计被配置为使光栅表面绕Y轴旋转，致使因反光镜光栅而衍射的光线可在该反射光栅与数字微镜装置210之间的空间中以复合角衍射。在另一实施例中，数字微镜装置210还可以被表示为转动的光栅，该转动的光栅然后恢复光轴的方向。请注意，在又一实施方式中，光束定向调整器208可被配置为适应数字微镜装置210的不同入射角(例如22°、26°、28°等)。

[0048] 图2B是根据本公开实施例的图2A的照明-投影光束分离器的示例性三维示图。如图2B所示，射入的照明光束以正入射入射于表面212，并直接传送至表面214，表面214是与射入光束呈45°角而被定向，且其另一侧具有空气间隙206。结果，此入射光束从空气间隙206全反射，并以正入射入射到表面216。表面216与光束定向调整器208(未示出)结合，其中光束定向调整器208可被实现为表面216上的闪耀的反射光栅，其栅线被定向为与X轴或Z轴呈45°角，且其光栅周期及闪耀方向被定向为使得大部分之入射光可在与数字微镜装置210的倾角相同的入射平面内，以相对于法线且两倍于数字微镜装置210的倾角的角度衍射。在从表面216上的光栅衍射后，光束再度入射于表面214(即斜边所在的表面)，但此表面214上的入射角小于临界角，因此，光束将穿过表面214及表面218，并通过表面220离开棱镜204，然后入射于数字微镜装置210。由于光束以正确的入射角(例如约24°)入射于数字微镜装置
210，且与微镜的开启倾角共面，此光束将沿数字微镜装置210的法线反射，并进入表面220。
穿过表面220的光束但以大于临界角的角度入射于表面218，因此，光束从表面218反射，并沿投影模块106的光轴穿过表面222。图2C是根据本公开实施例的图2A的照明-投影光束分离器的另一示例性三维示图。

[0049] 在图3中示出实现与图2A所示的布置有几乎一样的效果的替换配置。如图3所示，射入的照明光束以正入射入射于棱镜302的表面312，并直接传送到表面314，表面314被定向为与射入光束呈45°，且在其另一侧具有空气间隙306。结果，此入射光束从空气间隙306全反射，并以正入射入射于表面316。表面316与光束定向调整器308结合，其中光束定向调整器308可以被实现为一楔形镜，该楔形镜具有与X或Z轴呈45°的线，且该楔形镜的方向被定向为使大部分的入射光在与数字微镜装置310的倾角相同的入射平面内，以相对于法线且两倍于数字微镜装置310的倾角的角度衍射。光束从表面316上的楔形镜反射后，再度入射于表面314(即斜边所在的表面)，只是此次表面314上的入射角小于临界角，因此，光束通过表面314及表面318被传送，并通过表面320离开棱镜304，然后入射于数字微镜装置310。由于光束以正确的入射角(例如约24°)入射于数字微镜装置310，且与微镜之开启倾角共面，因此光束沿数字微镜装置310的法线反射，并进入表面320。穿过表面320的光束以大于临界角的入射角入射于表面318，因此，光束将从表面318反射，并沿投影模块106的光轴穿过表面322。

[0050] 在图3所示示例中，以楔形镜308取代光束定向调整器208(被实现为表面216上的闪耀的反射光栅)，其中，楔形镜308被定向为使得最陡斜边与图3的X与Z轴呈45°角。因此，光束路径实质上与图2A与图3A中类似，且光束以相同的复合角入射于数字微镜装置310。

[0051] 在其他实施方式中，表面316上的反光镜表面可与形成棱镜302的组件结合，或其可以如图3中的虚线所示将一薄楔形镜308附着于棱镜302而被添加。请注意，本领域技术人员应该了解，图2A-2C及图3为意欲示出示例性设计的示意图，并且可能不是光线可能穿过的很多空气-玻璃界面的路径的绝对精确的表示。在一些情况下，可能没有描述发生在空气-玻璃界面的角度改变。

[0052] 尽管上述技术允许从光导管的一端至投影模块成像平面追踪光线，但是所述光学设计方案可被配置为一次处理一种颜色。或许改变波长是可取的，从而光栅周期也可随之改变。数字微镜装置210及反射光栅208的替换表示可以为闪耀的平坦菲涅耳反光镜，其中该菲涅耳镜的各刻面等于阵列中之一个微镜的大小，亦即10.8微米。实施此设计的一个方式为以平坦的反光镜面取代转动的反射光栅，其中，所述平坦的反光镜面以复合角被定向，从而以与数字微镜装置的倾斜反光镜相容的方位角及入射角反射照明轴。

[0053] 请注意，照明-投影光束分离器104可于投影侧导入约40毫米的玻璃，并于系统的照明侧导入约80毫米的玻璃。此空间内的数值孔径可能偏低，因此可修正伴随着会聚光束及厚玻璃片而来的颜色。

[0054] 根据本公开的多方面，该1X系统被配置为光瞳位于两对称双透镜(doublets)间的中心的实质对称的系统。此系统因对称性几乎没有彗形像差或失真。如果因为导入照明-投影光束分离器104有可能破坏对称性，光束分离器可被配置为撷取用于对准的光线，并且该窗口可被用于保护其他成像链(optical train)。在一个实施方式中，使用该设计形式可实现大约77毫米的工作距离。

[0055] 照明模块102对于投影模块106的1X及6X实现方式实质上相似。其包括一小型10X物镜及一场镜，并在数字微镜装置处产生数值孔径为0.011的远心照明场。该数值孔径可远小于1X及6X投影系统的数值孔径(0.04)，导致了0.275的部分相干系数。这改善图像轮廓的斜率，同时改善景深。另外，可更宽容微镜阵列中的倾角误差。该误差倾向于使照明光束的中心移开投影系统光瞳的中心。为解决上述问题，设计被配置为令投射的照明光瞳相对于投影光瞳小，从而即可在晕边现象损害图像照明均匀度之前容忍较大偏差。照明模块102亦包括两折镜，其可将光管输入端至照明-投影光束分离器104的总长度大幅缩短至约148毫米。

[0056] 请注意，照明中间设备(illuminator relay)的光管端的约0.22的数值孔径可用于光纤耦接的激光二极管。此数值孔径可能够进行合理次数的弹跳以将输出端的光线均匀化。用这个方法，中间设备的高放大倍率将光管剖面尺寸设定为约2.1毫米×1.2毫米。

[0057] 关于摄像模块108，其校正波长可保持与投影模块106的校正波长实质相同，其视场直径可以为约6毫米，数值孔径可为约0.16。请注意，在某些实施方式中，1X SLM成像单元可以单行紧密堆叠，并横跨基板的宽度。这使摄像模块108可沿着垂直于投影模块光轴之方向延伸而无需额外的折曲。在一些其他实施方式中，6X SLM成像单元可堆叠成二维阵列，且可约束摄像模块108的光路。一个方法是使另一折曲棱镜正好在用以分离摄像模块108的光路与投影模块106的光路的光束分离器的下游。这可将该光束分离器置于校准的光路的部分中，因此使轴向的颜色最小化。针对6X设计，在特定波长处可实现约0.03波长均方根的校正。

[0058] 图4示出根据本公开实施例的1X投影光学系统于+Y场的均方根波前误差图。在图4所示的示例中，水平轴代表按毫米的范围为0至12毫米的+Y场(+Yfield)。纵轴代表按波的范围为0至0.020的均方根波前误差。示出了颜色的均方根波前误差。例如，曲线402代表蓝色，曲线404代表红色，曲线406代表靛色，曲线408代表绿色，曲线410代表橙色，曲线412代表紫色。

[0059] 图5示出了根据本公开实施例的示例性的6X投影光学器件剖面。如图5中所示，示出了多种光学组件。在下面的表2中提供组件的详细列表。表2描述根据本公开实施例的图5的6X投影光学器件的组件。

[0060] 表2 表面数据一览表

[0061]

[0062]

[0063] 图6示出根据本公开实施例的图5的6X投影光学器件于+Y场的均方根波前误差图。在图6所示的示例中，水平轴代表按毫米的范围为0至12毫米的+Y场。纵轴代表按波的范围为0至0.050的均方根波前误差。示出了颜色的均方根波前误差。例如，曲线602代表蓝色，曲线604代表紫色，曲线606代表靛色，曲线608代表橙色，曲线610代表红色，曲线612代表绿色。

[0064] 图7示出了根据本公开实施例的示例性的6X摄像机光学器件。如图7中所示，示出了多种光学组件。在下面的表3中提供了组件的详细列表。表3描述根据本公开实施例的图7的6X摄像机光学器件。

[0065] 表3 表面数据一览表

[0066]

[0067]

[0068] 图8示出了根据本公开实施例的图7的6X摄像机光学器件于+Y场的均方根波前误差图。在图4所示的示例中，水平轴代表按毫米的范围为0至3.0毫米的+Y场。纵轴代表按波的范围为0至0.050的均方根波前误差。示出了颜色的均方根波前误差。例如，曲线802代表红色，曲线804代表绿色，曲线806代表靛色，曲线808代表紫色，曲线810代表橙色，曲线812代表蓝色。

[0069] 图9示出根据本公开的一些方面的形成空间光调制器成像系统的方法。该方法的某些功能可由一或多个处理器实现。在方块902中，该方法提供照明模块，其中该照明模块被配置为提供照明光，该照明光呈现将由空间光调制器成像系统成像的数据图案。在方块904中，该方法提供投影模块，其中该投影模块被配置为将该照明光投射至基板。在方块906中，该方法提供照明-投影光束分离器，其耦接于该照明模块与该投影模块之间，其中，该照明-投影光束分离器被配置为接收沿照明光轴的照明光，并将接收的照明光沿投影光轴传送至该投影模块，其中该照明光轴与该投影光轴实质上彼此平行。请注意，该照明模块可被配置为相对于该照明光而具有远心性，且该投影模块可相对于该基板而具有远心性。

[0070] 根据本公开的实施例，方块902中执行的方法可进一步包括方块910中执行的方法，方块904中执行的方法可进一步包括方块912中执行的方法，方块906中执行的方法可进一步包括方块914中执行的方法。在方块910中，该方法通过多个激光二极管产生该照明光，利用多个光纤束将照明光传送至该照明-投影光束分离器，并使用导光筒固持该多个光纤束。在方块912中，该方法以一比一的放大倍率投射该数据图案，并/或以六比一的放大倍率缩小投射该数据图案。

[0071] 在方块914中，该方法提供第一棱镜、光束定向调整器、数字微镜装置(DMD)及第二棱镜，其中该光束定向调整器位于该第一棱镜附近，该光束定向调整器被配置为调整该照明光，使该照明光以相对于该数字微镜装置的法线的预定入射角进入该数字微镜装置，该数字微镜装置位于该第二棱镜附近，且该预定入射角实质上等于该数字微镜装置的倾角的两倍；该方法以一空气间隙分隔该第一棱镜与该第二棱镜；此外，该方法利用该第一棱镜接收沿着该照明光轴的照明光，并控制该照明光，使其穿过该第一棱镜、该光束定向调整器、该空气间隙、该数字微镜装置及该第二棱镜，并利用该第二棱镜沿着该投影光轴传送该照明光。

[0072] 根据本公开的多方面，该第一棱镜包含第一直角棱镜，其中该第一直角棱镜包括：第一表面，被配置为接收大约正入射的照明光；第二表面，被配置为接收大约45度角的照明光，并使该照明光于该第二表面实质上被反射；第三表面，耦接至该光束定向调整器，其中，该第三表面及该光束定向调整器被配置为使该照明光以该预定入射角穿过该第二表面及该空气间隙。

[0073] 根据本公开的多方面，该第二棱镜包含第二直角棱镜，其中该第二直角棱镜包括：第一表面，被配置为接收来自该第一棱镜的该照明光；第二表面，被配置为将该照明光传至该数字微镜装置，并接收从该数字微镜装置反射的该照明光；该第一表面还被配置为实质上反射从该数字微镜装置反射的该照明光；第三表面，被配置为沿该投影光轴传送从该第一表面反射的该照明光。该空气间隙具有0.005毫米至0.015毫米的范围内的尺寸。

[0074] 根据本公开的多方面，该光束定向调整器包含下列内容中的至少一个：楔形镜，在第一端具有大约4.67毫米的厚度，在第二端具有大约2.18毫米的厚度，并具有大约5.47°的斜率；反射光栅涂层，由无机MgF2涂层形成，具有大于该空间光调制器成像系统的对应曝光波长的十倍的厚度。

[0075] 根据本公开的多方面，在方块916中，该方法利用摄像模块监测该空间光调制器成像系统的聚焦及对准，并利用该摄像模块检查微镜开启-关闭行为，其中该摄像模块被配置为相对于该基板而具有远心性。

[0076] 应该理解，以上为了清楚起见进行的描述已经参照不同功能单元以及处理器描述了本发明的实施例。然而，在在不损害本发明的情况下显然可使用不同功能单元与处理器间的任何适当的功能分配。例如，示出的由分开的处理器或控制器执行的功能可以由同一处理器或控制器执行。因此，提及特定功能单元将被看做提及提供描述的功能的适当手段，而不表示严格的逻辑或实体结构或组织。

[0077] 本公开的方法和系统可以以任何适当形式(包括硬件、软件、固件或其任一组合)实现。可选地，本发明可部分作为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件实现。本发明实施例的元件和组件可以以任何适当的方式在实体上、功能上及逻辑上被实施。的确，所述功能可以以单一单元、多个单元或者作为其他功能单元的一部分而被实施。因此，本发明可以以单一单元而被实施，或可以在实体或功能上分布在不同之单元与处理器之间。

[0078] 相关领域的技术人员应该认识到，在仍然使用相同的基本机制和方法的同时，可使用对公开的实施例的很多修改和结合。为便于解释，已经参照特定实施例撰写了上述说明。然而，以上说明性的讨论并不意图是穷尽性的或者将本发明限制于公开的精确形式。鉴于上述教导，可进行很多修改和改变。选择实施例并对其进行描述以解释本发明的原理及其实际应用，使本领域的其他技术人员能够用适合于考虑的特定用途的各种修改来最好地利用本发明及各种实施例。