一种光学镜头的制作方法

本发明涉及激光直写技术领域，特别是针对激光直写中光学镜头。

背景技术：

在激光直写技术领域，常用的空间光调制器是数字微镜器件（dmd，digitalmicromirrordevice），数字微镜器件包括多个具有两个偏转角度的微反射镜。如图1所示，在实际应用中，光源经过匀光作用后引至数字微镜器件，数字微镜器件中的微反射镜有两个偏转角度α和-α，当微反射镜偏转角度为α时，微反射镜将光线引至后续光学系统，对应为数字电路的打开，当微反射镜的偏转角度为-α，微反射镜将光线偏转至后续光学系统外，对应为数字电路的关闭，通过控制数字微镜器件中微反射镜的偏转角度从而形成所需的图案，通常情况下α等于12度。数字微镜器件是一种电子输入、光学输出的微机电系统，在数字微镜器件工作时，其自身会产生热量，同时，引至数字微镜器件的光源光线也会导致数字微镜器件温度的升高，数字微镜器件需要工作在适宜温度，避免因温度过高损坏数字微镜器件，虽然现在通常采用外部散热装置帮助数字微镜器件散热，但是，数字微镜阵列仍会因工作温度过高而造成损坏甚至失效。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的问题，提供一种降低数字微镜器件温度的光学镜头。

为了解决上述问题，本发明提供了一种光学镜头，其包括光源，所述光源光线依次通过第一光学系统、tir棱镜至数字微镜器件，经所述数字微镜器件反射的投影光线经所述tir棱镜和第二光学系统进行投影，经所述数字微镜器件反射的偏转光线偏出所述第二光学系统，所述数字微镜器件和所述tir棱镜之间设置有保护装置，所述保护装置包括遮挡件，所述遮挡件上设有过光孔，光线通过所述过光孔射入所述数字微镜器件和自所述数字微镜阵列射出，所述遮挡件阻挡所述偏转光线经tir棱镜反射至数字微镜器件。

进一步的，所述保护装置的外周边缘不小于数字微镜器件边缘。

进一步的，所述遮挡件与所述数字微镜器件之间具有间隙，所述间隙的距离根据数字微镜器件的使用区域以及tir棱镜与数字微镜器件的距离计算。

进一步的，所述过光孔的尺寸根据所述遮挡件和所述数字微镜器件之间的距离计算。

进一步的，所述遮挡件距离所述数字微镜器件1-3mm。

进一步的，所述遮挡件距离所述数字微镜器件2mm.

进一步的，所述过光孔的尺寸大于20mm×4mm。

进一步的，所述过光孔尺寸24mm×10mm。

进一步的，所述遮挡件靠近所述数字微镜器的表面为粗糙表面。

进一步的，所述遮挡件靠近所述数字微镜器的表面为黑色吸光层。

进一步的，所述遮挡件靠近所述tir棱镜的表面为光滑表面。

与现有技术相比，在数字微镜器件与tir棱镜之间设置所述保护装置保护数字微镜器件不被tir棱镜反射回来的光线照射，避免杂散光引起数字微镜器件工作温度升高，降低数字微镜器件毁坏的概率，增加数字微镜器件使用寿命。

附图说明

图1为数字微镜器件的工作原理。

图2为光学镜头示意图。

图3为投影光线光路示意图。

图4为偏转光线光路示意图。

图5为数字微镜器件示意图。

图6为保护装置侧视示意图。

图7为保护装置主视示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。

如图2所示，为激光直写领域中光学镜头示意图，激光器发出的光线通过光纤1进入第一光学系统2，在第一光学系统2中进行匀光，经过第一光学系统2的光线经过tir（(totalinternalreflection，全内反射）棱镜3反射至数字微镜器件4，所述第一光学系统2和所述tir棱镜3构成照明光路，经过编码的数字微镜器件4对光线的反射，投影光线经tir棱镜3和第二光学系统5实现投影，经所述数字微镜器件4反射的偏转光线偏出所述第二光学系统5，所述tir棱镜3和第二光学系统5构成成像光路。

其中照明光路与成像光路共用所述tir棱镜3，在照明光路中，所述tir棱镜3作用是利用光的全反射使照明光路折转，以适宜角度进入数字微镜器件4，如24度角度入射数字微镜器件4，在成像光路中，tir棱镜3使成像光路透过。

研究发现，如图3所示，是数字微镜器件4中微反射镜将投影光线引至后续光学系统时的光路图，如图4所示，是数字微镜器件4中微反射镜将偏转光线偏出后续光学系统的光路图，数字微镜器件4的偏转角度为-α，由于数字微镜器件处于-α时，数字微镜器件4反射出来的光进入tir棱镜3的角度达入射角度的两倍，所以会在tir棱镜3表面发生反射，这样反射光会反射至数字微镜器件4，包括数字微镜器件4活动区域40以及外围区域41（周围机械器件电子器），如4-5所示。由于tir棱镜3反射回来的光对于光学系统是杂散光，会被数字微镜器件4外围区域41吸收，产生热效应，引起温度上升，超过数字微镜器件4工作温度，降低数字微镜器件4使用寿命甚至毁坏数字微镜器件。

针对tir棱镜3反射杂散光引起的数字微镜器件4温度升高的问题，本发明提供一种数字微镜器件的保护装置6，如图6-7所示，所述保护装置6位于数字微镜器件4与tir棱镜3之间，可以与数字微镜器件4的安装底座一体，也可以作为附件安装在数字微镜器件4的安装底座上。所述保护装置6的侧视图如图5所示，所述保护装置6保护包括遮挡件60，所述遮挡件60上设有过光孔61，光线通过所述过光孔61射入所述数字微镜器件4和自所述数字微镜阵列4射出，所述遮挡件60阻挡所述偏转光线经tir棱镜3反射至数字微镜器件4。

所述保护装置需保证入射光线全部反射至数字微镜器件4，经数字微镜器件4反射的光线不被阻挡，同时避免杂散光经tir棱镜3反射回数字微镜器件4。依据上述要求，根据数字微镜器件的使用区域以及tir棱镜3与数字微镜器件4的距离，计算所述保护装置6与所述数字微镜器件4之间的距离，以及并进一步计算所述保护装置过光孔61的尺寸。对于常用的数字微镜器件4使用区域20mm×4mm，棱镜与数字微镜器件间隙7mm的情况，较佳的遮挡件60位置在位于数字微镜器件前1-3mm，较佳的为2mm处。过光孔的尺寸，必须大于20mm×4mm，较佳的所述过光孔尺寸24mm×10mm，保护效果最好。

所述遮挡件60的外周边缘不小于数字微镜器件4边缘。所述遮挡件60的材质，优先选择导热较好的材质例如铜，利用遮挡件60将光线引起的发热尽快导出至镜壁。

所述保护装置6的表面处理，靠近数字微镜器件4的面采用粗糙度大的表面，更较佳的为黑色吸光层。靠近tir棱3镜侧，采用光滑表面，利于对tir棱镜3反射光进行再次反射。

数字微镜器件4与tir棱镜3配合使用时，所述保护装置6保护数字微镜器件4不被tir棱镜3反射回来的光线照射，避免杂散光引起数字微镜器件4工作温度升高，降低数字微镜器件4毁坏的概率，增加数字微镜器件使用寿命。

技术特征：

1.一种光学镜头，其包括光源，所述光源光线依次通过第一光学系统、tir棱镜至数字微镜器件，经所述数字微镜器件反射的投影光线经所述tir棱镜和第二光学系统进行投影，经所述数字微镜器件反射的偏转光线偏出所述第二光学系统，其特征在于：所述数字微镜器件和所述tir棱镜之间设置有保护装置，所述保护装置包括遮挡件，所述遮挡件上设有过光孔，光线通过所述过光孔射入所述数字微镜器件和自所述数字微镜阵列射出，所述遮挡件阻挡所述偏转光线经tir棱镜反射至数字微镜器件。

2.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述保护装置的外周边缘不小于数字微镜器件边缘。

3.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述遮挡件与所述数字微镜器件之间具有间隙，所述间隙的距离根据数字微镜器件的使用区域以及tir棱镜与数字微镜器件的距离计算。

4.根据权利要求3所述的光学镜头，其特征在于：所述过光孔的尺寸根据所述遮挡件和所述数字微镜器件之间的距离计算。

5.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述遮挡件距离所述数字微镜器件1-3mm。

6.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述遮挡件距离所述数字微镜器件2mm。

7.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述过光孔的尺寸大于20mm×4mm。

8.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述过光孔尺寸24mm×10mm。

9.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述遮挡件靠近所述数字微镜器的表面为粗糙表面。

10.根据权利要求1或9所述的光学镜头，其特征在于：所述遮挡件靠近所述数字微镜器的表面为黑色吸光层。

11.根据权利要求1所述的光学镜头，其特征在于：所述遮挡件靠近所述tir棱镜的表面为光滑表面。

技术总结
一种光学镜头，其包括光源，所述光源光线依次通过第一光学系统、TIR棱镜至数字微镜器件，经所述数字微镜器件反射的投影光线经所述TIR棱镜和第二光学系统进行投影，经所述数字微镜器件反射的偏转光线偏出所述第二光学系统，所述数字微镜器件和所述TIR棱镜之间设置有保护装置，所述保护装置包括遮挡件，所述遮挡件上设有过光孔，光线通过所述过光孔射入所述数字微镜器件和自所述数字微镜阵列射出，所述遮挡件阻挡所述偏转光线经TIR棱镜反射至数字微镜器件。通过所述保护装置的设置保护数字微镜器件不被TIR棱镜反射回来的光线照射，避免杂散光引起数字微镜器件工作温度升高，降低数字微镜器件毁坏的概率，增加数字微镜器件使用寿命。

技术研发人员：张柯;张雷
受保护的技术使用者：苏州源卓光电科技有限公司
技术研发日：2019.12.31
技术公布日：2020.10.23