一种多光谱合成紫外光源模组及DLP面投影系统的制作方法

一种多光谱合成紫外光源模组及dlp面投影系统
技术领域
1.本发明涉及紫外面投影系统，尤其涉及一种多光谱合成紫外光源模组及dlp面投影系统。


背景技术：

2.现有技术中，紫外光固化或曝光系统从传统的汞灯光源转向半导体led或激光光源，传统的汞灯局限性很大，而led或激光uv紫光灯又能很好的弥补汞灯的不足之处。当前，半导体led光源已普遍应用于紫外光固化的增材3d打印系统，包括dlp-3d打印和dlp-lcd3d打印。pcb刻蚀曝光也开始采用面曝光dlp无掩模刻蚀技术，用半导体led或激光做光源。目前的增材3d打印系统和dlp无掩模曝光系统主要采用单一的紫外波长，比如405nm或385nm。此类系统架构简单，但是功率受到限制，而且光固化树脂材料或光刻胶材料的效率达不到最佳效果。而且同一台增材3d打印设备可能用于打印不同的光固化树脂材料，不同的树脂材料可能对不同的峰值波长灵敏度更高，或者对多波长的光固化效果更好，而常用的光刻胶材料是针对传统的汞灯来优化性能的，所以单一波长光的刻蚀效果也不理想。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种有助于提高光固化或刻蚀曝光效率，进而提升打印和刻蚀速度的多光谱合成紫外光源模组及dlp面投影系统。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。
5.一种多光谱合成紫外光源模组，其包括有至少两个第一紫外光源、至少一个第二紫外光源、第一准直机构、第二准直机构和光束合成机构，至少两个第一紫外光源的峰值波长不同，所述第二紫外光源与所述第一紫外光源的峰值波长不同，所述第一紫外光源出射的光束经过所述第一准直机构射入所述光束合成机构，所述第二紫外光源出射的光束经过所述第二准直机构射入所述光束合成机构，所述光束合成机构用于将所述第一紫外光源出射的光束和所述第二紫外光源出射的光束重叠成为同轴光束。
6.优选地，至少两个第一紫外光源封装于同一基板上。
7.优选地，所述光束合成机构包括有一个二向色板，所述二向色板用于反射至少两个第一紫外光源出射的光束，以及用于透射至少一个第二紫外光源出射的光束。
8.优选地，所述光束合成机构包括有两个二向色板，两个二向色板之间形成有楔角，两个二向色板分别用于反射两个第一紫外光源出射的两个不同波长的光束，以及用于透射所述第二紫外光源出射的光束。
9.优选地，两个第一紫外光源的峰值波长分别为365nm和385nm，所述第二紫外光源的峰值波长为405nm。
10.优选地，两个第一紫外光源的峰值波长分别为365nm和425nm，所述第二紫外光源的峰值波长为405nm。
11.优选地，所述第一紫外光源和所述第二紫外光源的光谱带宽为15nm～25nm。
12.一种用于3d光固化打印的dlp面投影系统，其包括有紫外光源模组、第一匀光器、第一聚焦光学机构、第一dlp面板、tir棱镜机构和投影机构，所述紫外光源模组出射的同轴光束依次通过所述第一匀光器、所述第一聚焦光学机构和所述tir棱镜机构射入所述投影机构，所述第一dlp面板设于所述tir棱镜机构背向所述投影机构的一侧；所述dlp面投影系统用于实现整个面型图案的紫外固化，并通过预设执行机构的上提或下拉动作来完成逐层固化，进而实现树脂材料的3d光固化打印。
13.一种用于大幅面pcb板曝光刻蚀的dlp面投影系统，其包括有紫外光源模组、第二匀光器、第二聚焦光学机构、第二dlp面板、dlp匀光照明机构和pcb蚀刻投影机构，所述紫外光源模组出射的同轴光束依次通过所述第二匀光器、所述第二聚焦光学机构和所述dlp匀光照明机构射入所述pcb蚀刻投影机构，所述第二dlp面板设于所述dlp匀光照明机构背向所述pcb蚀刻投影机构的一侧；所述dlp面投影系统用于实现光刻胶材料的整个面型刻蚀，并通过预设扫描机构的滚动扫描来实现大幅面pcb板的曝光刻蚀。
14.优选地，包括有至少2个dlp面投影系统，至少2个dlp面投影系统组成一个dlp面投影系统阵列，所述dlp面投影系统阵列用于实现面投影画面的拼接，再配合精密移动机构实现大幅面滚动扫描3d打印或pcb刻蚀。
15.本发明公开的多光谱合成紫外光源模组中，同时设置了至少三个峰值波长的光源，其中两个光源的芯片封装在同一基板上，通过同一光束准直通道与另外一个单独封装光源的光束准直通道，再经过一个二向色板组合成一个同轴多光谱光束，其中两个相邻波长峰值的光源芯片封装在同一基板上，该通道的光束被二向色板反射，另一个峰值波长的光源封装在一个单独的基板上，该通道的光束将透过二向色板。相比现有技术中采用单一波长紫外光源的模组而言，本发明采用多光谱合成方式，可使得紫外光固化或光刻胶刻蚀的效果更好，同时，多个光源的合成增加了光通量，使得光输出功率更大，能显著提高紫外光固化和刻蚀的速度，此外，本发明系统结构紧凑，便于散热设计，并有助于多个dlp面投影系统单元或pcb曝光设备单元组成阵列系统，较好地满足了应用要求。
附图说明
16.图1为本发明第一实施例中紫外光源模组的结构示意图；
17.图2为本发明第二实施例中紫外光源模组的结构示意图；
18.图3为本发明第三实施例中dlp面投影系统的结构示意图；
19.图4为本发明第四实施例中pcb曝光设备的结构示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。
21.实施例一
22.本实施例提出了一种多光谱合成紫外光源模组，请参见图1，其包括有至少两个第一紫外光源1、至少一个第二紫外光源2、第一准直机构3、第二准直机构4和光束合成机构，至少两个第一紫外光源1的峰值波长不同，所述第二紫外光源2与所述第一紫外光源1的峰值波长不同，所述第一紫外光源1出射的光束经过所述第一准直机构3射入所述光束合成机
构，所述第二紫外光源2出射的光束经过所述第二准直机构4射入所述光束合成机构，所述光束合成机构用于将所述第一紫外光源1出射的光束和所述第二紫外光源2出射的光束重叠成为同轴光束。
23.本实施例中，可以设置有两个第一紫外光源1和一个第二紫外光源2进一步地，其中，两个第一紫外光源1封装于同一基板上。
24.为了实现光束合成，本实施例中，所述光束合成机构包括有一个二向色板5，所述二向色板5用于反射至少两个第一紫外光源1出射的光束，以及用于透射至少一个第二紫外光源2出射的光束。
25.上述结构中，同时设置了至少三个峰值波长的光源，其中两个光源的芯片封装在同一基板上，通过同一光束准直通道与另外一个单独封装光源的光束准直通道，再经过一个二向色板组合成一个同轴多光谱光束，其中两个相邻波长峰值的光源芯片封装在同一基板上，该通道的光束被二向色板反射，另一个峰值波长的光源封装在一个单独的基板上，该通道的光束将透过二向色板。相比现有技术而言，本发明多光谱合成紫外光源模组利用两个光学通道可以合成至少三个光谱的光束，相比现有技术中采用单一波长紫外光源的模组而言，本发明采用多光谱合成方式，可使得紫外光固化或光刻胶刻蚀的效果更好，同时，多个光源的合成增加了光通量，使得光输出功率更大，能显著提高紫外光固化和刻蚀的速度，此外，本发明系统结构紧凑，便于散热设计，并有助于多个dlp面投影系统单元或pcb曝光设备单元组成阵列系统，较好地满足了应用要求。
26.实施例二
27.本实施例与实施例一的不同之处在，请参见图2，所述光束合成机构包括有两个二向色板5，两个二向色板5之间形成有楔角50，两个二向色板5分别用于反射两个第一紫外光源1出射的两个不同波长的光束，以及用于透射所述第二紫外光源2出射的光束。
28.具体地，本实施例包括有两个第一紫外光源1和一个第二紫外光源2。其中，两个第一紫外光源1的峰值波长分别为365nm和385nm，所述第二紫外光源2的峰值波长为405nm。所述第一紫外光源1和所述第二紫外光源2的光谱带宽为15nm～25nm。
29.具体的原理说明如下：本实施例的三个峰值波长的光源包括365nm,385nm和405nm的峰值波长光束，光谱带宽15～25nm fwhm.其中，365nm与385nm的光源芯片封装在同一基板上，通过同一光束准直通道，405nm光源是主波长，封装在另一个基板上，通过另外一个光束准直通道。两个光学通道发出的准直光束被以一定楔角前后安置的二向色板组合成同一光轴的光束，其中365nm光源的准直光束以一定的角度入射安置在前面的二向色板并反射，而385nm光源的准直光束通过安置在前面的二向色板而在后面的二向色板反射后重新穿过前面的二向色板，与前面365nm的反射光束重叠成为同一光轴光。405nm光源的准直光束将透过所述的两个二向色板。
30.但是上述光源设置方式仅作为本发明一种较佳的实施例，并不用于限制本发明的保护范围，根据设计需要，还可以设置为其他类型的光源，例如：两个第一紫外光源1的峰值波长分别为365nm和425nm，所述第二紫外光源2的峰值波长为405nm。具体地，三个峰值波长的光源包括365nm,405nm和425nm的峰值波长光束，光谱带宽15～25nm fwhm.其中，365nm与425nm的光源芯片封装在同一基板上，通过同一光束准直通道，405nm光源是主波长，封装在另一个基板上，通过另外一个光束准直通道。两个光学通道发出的准直光束被以一定楔角
前后安置的二向色板组合成同一光轴的光束，其中365nm光源的准直光束以一定的角度入射安置在前面的二向色板并反射，而425nm光源的准直光束通过安置在前面的二向色板而在后面的二向色板反射后重新穿过前面的二向色板，与前面365nm的反射光束重叠成为同一光轴光。405nm光源的准直光束将透过所述的两个二向色板。其中425nm的波长对pcb的阻焊白油的刻蚀效果是最好的，所以包含425nm波长的合成光源在pcb刻蚀时将有效透过阻焊白油，达到最高效的pcb无掩模面投影刻蚀。
31.实施例三
32.请参见图3，本发明提出了一种用于3d光固化打印的dlp面投影系统，其包括有紫外光源模组、第一匀光器6、第一聚焦光学机构7、第一dlp面板8、tir棱镜机构9和投影机构10，所述紫外光源模组出射的同轴光束依次通过所述第一匀光器6、所述第一聚焦光学机构7和所述tir棱镜机构9射入所述投影机构10，所述第一dlp面板8设于所述tir棱镜机构9背向所述投影机构10的一侧；
33.所述dlp面投影系统用于实现整个面型图案的紫外固化，并通过预设执行机构的上提或下拉动作来完成逐层固化，进而实现树脂材料的3d光固化打印。
34.其中，所述紫外光源模组的具体结构和原理请参见实施例一或者实施例二。
35.具体地，本实施例可包括有至少2个dlp面投影系统，至少2个dlp面投影系统组成一个dlp面投影系统阵列，所述dlp面投影系统阵列用于实现面投影画面的拼接，再配合精密移动机构实现大幅面滚动扫描3d打印。
36.在本实施例中，具体提供了一种紫外光固化dlp-3d打印系统，包括所述的多光谱合成的紧凑型紫外光源模组、一个匀光器、一个聚焦光学、tir棱镜、dlp面板和投影系统。其中聚焦光学将紫外光源模组的多光谱光束，经匀光器后，通过tir会聚照明dlp面板，而经过dlp面板调制的读出光将通过tir进入投影系统，在3d打印平面形成紫外图像来固化树脂材料而实现面投影固化打印，通过精密结构运动上提或下拉就能形成逐面打印的3d结构。3d打印系统可能有几个dlp投影系统拼接成阵列，并可能安装在一个精密移动的平台上，实现滚动投影曝光，以实现大幅面的3d打印。
37.实施例四
38.请参见图4，本实施例提出了一种用于大幅面pcb板曝光刻蚀的dlp面投影系统，其包括有紫外光源模组、第二匀光器11、第二聚焦光学机构12、第二dlp面板13、dlp匀光照明机构14和pcb蚀刻投影机构15，所述紫外光源模组出射的同轴光束依次通过所述第二匀光器11、所述第二聚焦光学机构12和所述dlp匀光照明机构14射入所述pcb蚀刻投影机构15，所述第二dlp面板13设于所述dlp匀光照明机构14背向所述pcb蚀刻投影机构15的一侧；
39.所述dlp面投影系统用于实现光刻胶材料的整个面型刻蚀，并通过预设扫描机构的滚动扫描来实现大幅面pcb板的曝光刻蚀。
40.本实施例优选包括有至少2个dlp面投影系统，至少2个dlp面投影系统组成一个dlp面投影系统阵列，所述dlp面投影系统阵列用于实现面投影画面的拼接，再配合精密移动机构实现大幅面pcb刻蚀。
41.具体地，在本实施例中，多光谱合成的紧凑型紫外光源模组的另外一个dlp面投影系统是用于pcb的无掩模曝光设备，包括所述的多光谱合成的紧凑型紫外光源模组，dlp匀光照明系统和pcb刻蚀投影系统。其中dlp匀光照明系统至少包括一个匀光器，一个聚焦光
学和tir棱镜，照明系统将在dlp面板上形成一个均匀分布的照明光斑。pcb刻蚀投影系统至少包括dlp面板和投影物镜，将dlp上显示的电路板layout清晰地成像在pcb基板上。pcb的无掩模曝光设备可能有几个dlp投影系统拼接成阵列，并可能安装在一个精密移动的平台上，实现滚动投影曝光，以实现大幅面的刻蚀曝光。
42.综上所述，本发明公开的多光谱合成紫外光源模组、dlp面投影系统及pcb曝光设备，其相比现有技术而言的有益效果在于，首先，本发明采用多光谱合成原理，使得紫外光固化或光刻胶刻蚀的效果更好；其次，本发明中多个光源的合成增加了光通量，使输出功率更大，劲儿提高紫外光固化和刻蚀的速度；再者，本发明紫外光源模组中增加了425nm的波长，对pcb光刻时阻焊白油的刻蚀效果；此外，本发明结构紧凑，适合应用于组成阵列dlp投影系统中，并具有较好的技术效果。
43.以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。