本發(fā)明屬于光學(xué)鏡頭技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種紫外激光投影鏡頭。

背景技術(shù)：

薄膜晶體管作為平板顯示器有源驅(qū)動的核心部件，其電學(xué)性能決定了平板顯示器的響應(yīng)速度、尺寸、所傳遞的信息量。與非晶硅薄膜晶體管相比較，多晶硅薄膜晶體管的電子遷移率更高，因而由其制造的平板顯示器具有更優(yōu)越的性能。

準分子激光退火制造多晶硅薄膜技術(shù)是適合工業(yè)化生產(chǎn)的先進技術(shù)。準分子激光的典型波長處于紫外波段，熱效應(yīng)不明顯，且其脈寬窄，非晶硅熔化再結(jié)晶的過程非常短，對基板造成的熱損傷小，從而降低了結(jié)晶過程對基板的要求，極大程度上降低了工業(yè)化生產(chǎn)的成本。

為了提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率，采用光束整形系統(tǒng)對準分子激光原始光束進行處理，使非晶硅樣品表面的光斑呈高橫縱比，能量密度滿足退火要求且分布均勻。典型的準分子激光退火設(shè)備的光束整形系統(tǒng)包括擴束準直模塊，長軸光束均勻模塊，短軸光束均勻模塊等，短軸被勻化的光斑進入紫外激光投影鏡頭，成像于工件表面。

如前所述，紫外激光投影鏡頭是準分子激光退火設(shè)備的光束整形系統(tǒng)的重要工作部件，目前，能夠應(yīng)用于準分子激光退火設(shè)備、實現(xiàn)高橫縱比、能量密度符合要求且分布均勻的光斑的投影的紫外激光投影鏡頭并未見報道，因此，迫切需要設(shè)計出能滿足相關(guān)應(yīng)用要求的紫外激光投影鏡頭。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本發(fā)明的目的在于提供一種紫外激光投影鏡頭，該鏡頭可實現(xiàn)多種像差的矯正，實現(xiàn)高橫縱比、能量密度符合要求且分布均勻的光斑的投影，且可實現(xiàn)鏡片組元的縱向、橫向、滾軸、俯仰的連續(xù)調(diào)節(jié)、高精度定位，滿足準分子激光退火設(shè)備的光束整形系統(tǒng)的投影要求。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種紫外激光投影鏡頭，包括光學(xué)結(jié)構(gòu)和機械結(jié)構(gòu)兩部分。

光學(xué)結(jié)構(gòu)包括沿入射光線傳輸方向依次設(shè)置的第一透鏡，第二透鏡，第三透鏡，其中第一透鏡為雙凸型柱面正透鏡，外形尺寸100mm×30mm，第二透鏡為凹凸型柱面負透鏡，外形尺寸100mm×30mm，第三透鏡為雙凸型柱面正透鏡，外形尺寸100mm×30mm；

進一步，第一透鏡包括第一柱面和第二柱面，第二透鏡包括第三柱面和第四柱面，第三透鏡包括第五柱面和第六柱面。其中第一柱面和第二柱面的曲率半徑范圍分別為90mm~95mm，-40mm~-45mm；第三柱面和第四柱面的曲率半徑范圍分別為-20mm~-25mm，-40mm~-45mm；第五柱面和第六柱面的曲率半徑范圍分別為25mm~30mm，-70mm~-75mm。

進一步，第一透鏡的中心厚度范圍為5mm~10mm；第二透鏡的中心厚度范圍為1mm~6mm；第三透鏡的中心厚度范圍為5mm~10mm。

進一步，第一透鏡與第二透鏡在光軸上的間距范圍為3mm~5mm；第二透鏡與第三透鏡在光軸上的間距范圍為0mm~3mm。

進一步，第一透鏡、第二透鏡與第三透鏡的折射率范圍均為1.4~1.5。

機械結(jié)構(gòu)包括沿入射光線傳輸方向依次設(shè)置的固定架，第一固定座，第一調(diào)節(jié)座，第二調(diào)節(jié)座，第二固定座，第三調(diào)節(jié)座，第三固定座，以及連接固定座與調(diào)節(jié)座的9組調(diào)節(jié)螺釘與9組調(diào)節(jié)墊片，連接固定架與固定座的12組調(diào)節(jié)螺釘與8組調(diào)節(jié)墊片，固定架包括第一級定位臺階和第二級定位臺階。

進一步，固定架包含第一級定位臺階與第二級定位臺階。

進一步，第一級定位臺階實現(xiàn)了對第二固定座的軸向定位。

進一步，第二級定位臺階實現(xiàn)了對第三固定座的軸向定位。

進一步，第一固定座，第一調(diào)節(jié)座由三組調(diào)節(jié)螺釘與三組調(diào)節(jié)墊片相連接，結(jié)合為第一調(diào)節(jié)組件，通過調(diào)節(jié)墊片的彈力實現(xiàn)了第一透鏡的俯仰調(diào)節(jié)與軸向位置補償；第二固定座與第二調(diào)節(jié)座由三組調(diào)節(jié)螺釘與三組調(diào)節(jié)墊片相連接，結(jié)合為第二調(diào)節(jié)組件，通過調(diào)節(jié)墊片的彈力實現(xiàn)了第二透鏡的俯仰調(diào)節(jié)與軸向位置補償；第三固定座與第三調(diào)節(jié)座由三組調(diào)節(jié)螺釘與三組調(diào)節(jié)墊片相連接，結(jié)合為第三調(diào)節(jié)組件，通過調(diào)節(jié)墊片的彈力實現(xiàn)了第三透鏡的俯仰調(diào)節(jié)與軸向位置補償。

進一步，第一調(diào)節(jié)座兩端擁有柱面結(jié)構(gòu)，其曲率與第一透鏡的第一柱面相等。

進一步，第二調(diào)節(jié)座兩端擁有柱面結(jié)構(gòu)，其曲率與第二透鏡的第三柱面相等。

進一步，第三調(diào)節(jié)座兩端擁有柱面結(jié)構(gòu)，其曲率與第三透鏡的第六柱面相等。

進一步，固定架通過四組調(diào)節(jié)螺釘與四組調(diào)節(jié)墊片與第一調(diào)節(jié)組件相連接，通過調(diào)節(jié)墊片的彈力實現(xiàn)了第一調(diào)節(jié)組件的橫向定位補償與滾軸定位補償；通過四組調(diào)節(jié)螺釘與四組調(diào)節(jié)墊片與第二調(diào)節(jié)組件相連接，通過調(diào)節(jié)墊片的彈力實現(xiàn)了第二調(diào)節(jié)組件的橫向定位補償與滾軸定位補償；通過四組調(diào)節(jié)螺釘對第三調(diào)節(jié)組件定位。

進一步，調(diào)節(jié)墊片為彈簧墊片。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明有效利用了機械結(jié)構(gòu)的形式，實現(xiàn)了光學(xué)結(jié)構(gòu)在三維空間中的精密調(diào)節(jié)與定位，同時有效利用了光學(xué)結(jié)構(gòu)，矯正了小視場、大相對孔徑引入的各種像差，實現(xiàn)了準分子激光退火設(shè)備的光束整形系統(tǒng)短軸勻化光斑的投影，滿足準分子激光退火應(yīng)用要求。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的與技術(shù)方案更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明：

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)總裝圖。

圖2(a)為圖1的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖。

圖2(b)為圖1的機械結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明的第一固定座和第一調(diào)節(jié)座連接示意圖。

圖4（a）為第一調(diào)節(jié)座兩端柱面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4（b）為第二調(diào)節(jié)座兩端柱面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4（c）為第三調(diào)節(jié)座兩端柱面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明的第一調(diào)節(jié)組件與固定架連接示意圖。

圖6（a）為本發(fā)明的實施例的場曲、畸變函數(shù)曲線。

圖6（b）為本發(fā)明的實施例的傳遞函數(shù)曲線。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案極其優(yōu)點更加明顯，下面將參照附圖對本發(fā)明的實施例做出詳細描述。所描述的實施例僅為本發(fā)明的一部分實施例，并非用于限制本發(fā)明的保護范圍。

本發(fā)明的實施例，針對本單位研發(fā)的準分子激光退火設(shè)備，設(shè)計了一款三片式柱面紫外激光投影鏡頭，對所述退火設(shè)備的光束整形系統(tǒng)的短軸勻化光斑進行投影，所述紫外激光為波長為308nm的XeCl準分子激光，鏡頭基本性能參數(shù)為：有效焦距f’=35.5253mm；子午面內(nèi)物方全視場角2w=0.4°；半視場物高0.5mm，像高0.15mm，滿足準分子激光退火技術(shù)對激光能量密度的要求；子午面內(nèi)鏡頭入瞳直徑D=25mm，相對孔徑D/f’=0.7；工作距離40.016mm，實際工作距離27.016mm。

圖1為本發(fā)明的總裝圖，包括光學(xué)結(jié)構(gòu)和機械結(jié)構(gòu)兩個部分。所述光學(xué)結(jié)構(gòu)包括沿入射光線傳輸方向依次設(shè)置的第一透鏡101、第二透鏡102、第三透鏡103，其中第一透鏡101為雙凸型柱面正透鏡，外形尺寸100mm×30mm，第二透鏡102為凹凸型柱面負透鏡，外形尺寸100mm×30mm，第三透鏡103為雙凸型柱面正透鏡，外形尺寸100mm×30mm，所述機械結(jié)構(gòu)包括沿入射光線傳輸方向依次設(shè)置的固定架201、第一固定座202、第一調(diào)節(jié)座203、第二調(diào)節(jié)座205、第二固定座204、第三調(diào)節(jié)座207、第三固定座206、以及連接固定座與調(diào)節(jié)座的9組調(diào)節(jié)螺釘208與9組調(diào)節(jié)墊片209、連接固定架與固定座的12組調(diào)節(jié)螺釘211與8組調(diào)節(jié)墊片210，固定架201包括第一級定位臺階212和第二級定位臺階213。

圖2(a)為本發(fā)明的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖，308nm的短軸勻化光斑104依次經(jīng)過沿光軸方向的第一透鏡101的第一柱面和第二柱面，第二透鏡102的第三柱面和第四柱面，第三透鏡103的第五柱面和第六柱面，第一透鏡101的光軸中心厚度為8.5mm，所述第一柱面的曲率半徑為92.198mm，第二柱面的曲率半徑為-43.301mm；所述第二透鏡102的光軸中心厚度為2mm，所述第三柱面的曲率半徑為-21.883mm，第四柱面的曲率半徑為-40.846mm，所述第三透鏡103的光軸中心厚度為6.5mm，所述第五柱面的曲率半徑為28.306mm，第六柱面的曲率半徑為-72.133mm。所述第一透鏡101和第二透鏡102在光軸上的距離(即第二柱面和第三柱面間的距離)為3.1mm，所述第二透鏡102和第三透鏡103在光軸上的距離(即第四柱面和第五柱面間的距離)為0.2mm，三片透鏡的材料均采用紫外級熔融石英JGS1。為提高效率，六個柱面均鍍有308nm激光增透膜。

圖2(b)為本發(fā)明的機械結(jié)構(gòu)示意圖，第一固定座202、第一調(diào)節(jié)座203由三組調(diào)節(jié)螺釘208與三組彈簧墊片209相連接，結(jié)合為第一調(diào)節(jié)組件，如圖3所示，其中，第一調(diào)節(jié)座兩端設(shè)置柱面結(jié)構(gòu)214，如圖4所示，其曲率半徑與第一透鏡101的第一柱面相等，使用硅膠將第一透鏡101粘連于第一調(diào)節(jié)座203上，通過彈簧墊片209的彈力實現(xiàn)了第一透鏡101的俯仰調(diào)節(jié)與軸向位置補償；第二固定座204與第二調(diào)節(jié)座205由三組調(diào)節(jié)螺釘208與三組彈簧墊片209相連接，結(jié)合為第二調(diào)節(jié)組件，其中，第二調(diào)節(jié)座兩端設(shè)置柱面結(jié)構(gòu)215，其曲率半徑與第二鏡片102的第三柱面相等，使用硅膠將第二鏡片102粘連于第二調(diào)節(jié)座上，通過彈簧墊片209的彈力實現(xiàn)了第二透鏡102的俯仰調(diào)節(jié)與軸向位置補償；第三固定座206與第三調(diào)節(jié)座207由三組調(diào)節(jié)螺釘208與三組彈簧墊片209相連接，結(jié)合為第三調(diào)節(jié)組件，其中，第三調(diào)節(jié)座兩端設(shè)置柱面結(jié)構(gòu)216，其曲率半徑與第三鏡片103的第六柱面相等，使用硅膠將第三鏡片103粘連于第三調(diào)節(jié)座上，通過彈簧墊片209的彈力實現(xiàn)了第三透鏡103的俯仰調(diào)節(jié)與軸向位置補償。固定架包括第一級定位臺階212和第二級定位臺階213結(jié)構(gòu)，分別用以實現(xiàn)對第二固定座204和第三固定座206的軸向定位。固定架201通過四組調(diào)節(jié)螺釘211與四組彈簧墊片210與第一調(diào)節(jié)組件相連接，如圖5所示，通過彈簧墊片210的彈力實現(xiàn)了第一調(diào)節(jié)組件的橫向定位補償與滾軸定位補償；通過四組調(diào)節(jié)螺釘211與四組彈簧墊片210與第二調(diào)節(jié)組件相連接，通過彈簧墊片210的彈力實現(xiàn)了第二調(diào)節(jié)組件的橫向定位補償與滾軸定位補償；通過四組調(diào)節(jié)螺釘211對第三調(diào)節(jié)組件定位。

本發(fā)明基于幾何光學(xué)的理論，充分考慮到準分子激光退火應(yīng)用的要求，借助于計算機光學(xué)設(shè)計和機械設(shè)計軟件，成功給出了簡單、實用的鏡頭結(jié)構(gòu)，圖6為該鏡頭的場曲、畸變與傳遞函數(shù)曲線，可證明該鏡頭滿足應(yīng)用要求。