专利名称：将图像投射在表面上的装置和移动所述图像的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将图像投射在表面上的装置，包括-生成光束的光源；-设置在光束路径内的掩模；-设置在掩模后面的透镜，用于将掩模图像聚焦在表面上，其中该表面不与透镜平行。
背景技术：
特别是在脉冲激光沉积(PLD)领域，控制图像投射在表面上很重要。PLD中，激光光束呈一定角度投射在可烧蚀材料表面上。投射的图像是激光光束能量集中的光点。该能量使表面材料蒸发成等离子体烟柱(Plasma plume)，该烟柱可用来覆盖基底表面。PLD中，光点是掩模的图像，光点的均勻非常重要，这样激光能量会均勻分布。等离子体烟柱有必要与光点投射于其上的表面的固体材料在成分相一致。如果光点不均勻，有可能表面材料的某些成分变成等离子相，某些成分只熔化并形成液滴，而某些成分保持固态。而PLD中如果光束大体呈一定角度投射在表面上，光点总会有些不均勻。这种不均勻性在光束与表面之间夹角减小时尤为突出。关于措词“呈一定角度”，可以理解为光束不垂直也不平行于该表面。PLD领域的趋势是覆盖日益增大的基底表面。由于基底必须置于光束投射在其上的表面附近，光束通过其能够被引导到表面上的空间减少，并且光束与表面之间的角度随之减少，导致能量分布越来越不均勻。
发明内容
本发明的目的就是减少甚至防止上述缺点。通过前述装置达到本目的，其特征在于，沿掩模边缘基本上每一位置到透镜的距离v，与掩模影像边缘的对应位置到该透镜的距离b，基本符合公式l/v+1/b = Ι/f，其中f 是透镜的焦距。通过把掩模与透镜对齐，使沿掩模边缘的每一点都符合上述公式，一个清晰的图像被投射在表面上。当本发明用在PLD中时，清晰的光点被投射，从而获得在光点中的均勻能量分布。在根据本发明装置的一个优选实施方案中，表面是平的，并与透镜成一定角度设置，并且其中掩模是具有开口的平板，光束穿过该开口，并且其中将平板与透镜成一定角度设置。该实施方案为本发明提供了一个简单的解决方案。由于表面是平的，而掩模是平板，因此足以保证沿掩模边缘的一些点符合上述公式，从而使清晰的图像被投射在表面上。在根据本发明装置的另一实施方案中，表面是弯曲的，并且掩模是弯曲的，以便符合公式 1/v+l/b = 1/f。本发明在弯曲表面上也能够投射出清晰光点。但这并不要求掩模也是定形的，这也能使沿掩模边缘的每一点和图像的对应点都符合公式1/v+l/b = 1/f。在根据本发明装置的另一实施方案中，掩模由多个掩模部分组成。这些掩模部分是小掩模，其结合起来提供一种适用于根据本发明装置的大掩模。用小掩模，更易于提供一种对于某种弯曲投射表面是必要的弯曲掩模。优选地，每个掩模部分是具有开口的平单元。 这种掩模部分很容易制造。尽管小掩模提供了一种具有不连续台阶的主掩模，但其偏差很小，因此与现有技术相比，还是具有巨大的优点。关于小掩模部分，通过使掩模部分人工地或受控地可调整，它甚至更可能适应于取决于投射表面形状的掩模。在后一种可能中，其能够调整掩模，同时投射图像，并相对光束移动表面，或同时改变光束角度。在根据本发明装置的另一实施方案中，该表面是可烧蚀材料的表面，并且其中光束是激光束，以便产生烧蚀材料的等离子体烟柱。这些特征对脉冲激光沉积装置是典型的。优选地，基底平行于可烧蚀材料表面设置，使基底表面覆盖有可烧蚀材料。对于脉冲激光沉积，沿可烧蚀材料表面移动投射的光点也是常见的。通过移动光点，产生的等离子体烟柱也被移动，从而在基底表面产生等离子体烟柱的分布。这种光点的移动一般通过可倾斜的反射镜反射光束获得。当倾斜反射镜时，光点可沿可烧蚀材料表面移动。但是，用可倾斜反射镜移动光点还会引起掩模图像边缘上的位置和透镜之间的距离b发生变化。这会导致表面上的不清晰的掩模图像。通过改变该位置和掩模的取向可以纠正此问题。但是，根据本发明，不影响聚焦的光点的移动，可以通过不同方式获得，其也可独立于上述聚集光点的发明使用。因此，根据本发明的光点的移动也能够以现有技术装置被使用。不影响光点聚焦的光点的移动，通过一种装置获得，该装置用于以一定角度将光束引导到表面上，并沿该表面移动所述倾斜的光束，该装置包括-滑架，可在平行于该表面和平行于该光束入射路径的第一方向上移动；-第一反射镜，以一定角度设置在滑架上用于引导光束；和-透镜，设置在滑架上，并且位于第一反射镜之后，用于将光束聚焦在该表面上。在PLD领域中，掩模到透镜的距离V，远大于图像到透镜的距离b。因此，只要掩模图像与透镜之间的距离保持不变，那么距离ν的小变化不会明显影响图像聚焦。现在根据本发明，通过沿与该光束入射路径相同的方向并且一起移动反射镜和透镜，距离b保持不变。在一个优选实施方案中，根据本发明的装置包括第二反射镜，设置在第一反射镜和透镜之间，用于进一步弓丨导光束。当距离b和距离ν具有相同数量级，优选与滑架一起移动掩模，使当移动滑架从而沿表面移动光点时，距离b和距离ν保持不变，始终保持光点的聚焦。
本发明的另一优选实施方案包括-第二滑架，第一滑架可沿第一方向在其上移动，所述第二滑架可在垂直于第一方向并平行于该表面的第二方向上移动；-固定反射镜，用于沿第二方向上偏折到达的光束；-第三反射镜，设置在第二滑架上，用于沿第一方向偏折来自固定反射镜的光束。对于该实施方案，能够沿该表面上的两个轴移动光点。其优点在于，表面的形状不再局限于现有技术中常见的圆形。另一优点是，激光的脉冲频率不再依赖于表面上光点的位置。现有技术中，圆形表面被转动，当光点位于表面中心附近时，激光频率必须保持是低的，以获得平行基底的整个表面上的均勻覆层。现在对于本发明来说，能够沿该表面以任意所需速度移动光点，使得能够使用最大激光脉冲频率，获得高的沉积速度。另一优点是，由于光点能够被移动到该表面上的具体座标，因此可进行局部沉积。 通过使用阴影掩模，局部沉积的覆层可精确定位在基底上。此外还能够与光点的移动一起移动靶。这需要较小的靶，而仍然能够在相对大的基底表面上沉积覆层。本发明还提供了根据本发明用于将图像投射在表面上的装置和根据本发明用于以一定角度将光线引导到表面上并沿该表面移动所述倾斜的光束的装置的组合。本发明最好是，尽管透镜的轴和光束之间可能会有一定角度，但透镜的轴基本上与光束的轴相一致。
结合附图阐述本发明的这些及其他优点。图1示出将图像投射在表面上的装置的示意图。图2示出以一定角度将光束引导到表面上并将所述倾斜的光束沿该表面移动的装置的示意图。图3示出用于引导光束的装置的第二实施例示意图。
具体实施例方式在图1上示出了根据本发明装置的实施例示意图。尤其是，装置1适用于脉冲激光沉积(PLD)。装置1产生具有轴3的激光束2。激光束2被投射到掩模4上，此实施例中掩模是具有开口 5的板。激光束部分6，穿过掩模4的开口 5，入射到透镜7上，该透镜聚焦该光束并投射光点8在表面9上。由光点8施加在表面9上的能量能哆产生表面9的蒸发材料的烟柱(未示出)。该烟柱随后会沉积在基底10上。为了使聚焦的光点8在表面9上，从沿掩模开口 5的边缘上基本上每个位置到透镜7的距离Vl、v2,与光点8，即掩模4的图像的边缘上对应的位置到透镜7的距离bp b2， 需分别符合公式l/Vi+1/bi = Ι/f和1/v2+1A2 = 1/f，其中f是透镜7的焦距。在图2中，示出了装置20用于以一定角度将光束21引导到表面22上，并沿表面 22移动所述倾斜的光束21。
该装置具有滑架23，其可在表面观上移动。在这个滑架23上设有第一反射镜24、 第二反射镜25和透镜26。光束21的入射路径27平行于表面28，使光束21不取决于沿表面28的滑架23的位置，以固定角度入射在反射镜M上。光束21随后被反射镜M反射到第二反射镜25上，第二反射镜25朝透镜沈反射该光束。然后该透镜聚焦光束21，使聚焦的光点30被投射在表面22上。现在当滑架23沿表面28移动时，投射的光点30会在表面22上相应地移动。由于表面22平行于表面28，当滑架23并且从而光点30移动时，透镜沈与光点30之间的距离b不变。因此，根据本发明的装置20能够沿表面22移动焦点，同时保持光点30的聚焦。在图3中示出用于引导光束的装置的第二实施例的示意图。该装置40具有第二滑架41，其可在第二方向42上移动。在该第二滑架41上设有第一滑架23(如也在图2中示出的)。该第一滑架23可在第一滑架方向43上移动。第一方向43和第二方向42相互垂直。在第二滑架41上设有第三反射镜44，而第二滑架41附近设有固定反射镜45。光束27经由固定反射镜45进入装置40。入射路径27平行于第一方向43。固定反射镜45反射光束，使反射的光束46平行于第二方向42。反射的光束46然后到达第三反射镜47，该第三反射镜沿平行于第一方向43的方向反射该光束。该反射的光束48随后进入如结合图2描述的装置20中。以该装置40，能够将光束21引导至表面上的任意位置，同时保持光点在该表面上的聚焦。
权利要求
1.一种用于将图像投射在表面上的装置，包括-生成光束的光源；-设置在光束路径内的掩模；-设置在掩模后面的透镜，用于将掩模图像聚焦在表面上，其中该表面不与透镜平行，其特征在于，沿掩模边缘的基本上每一位置到透镜的距离V，与该掩模图像边缘的对应位置到透镜的距离b，基本符合公式l/v+1/b = Ι/f，其中f是透镜的焦距。
2.根据权利要求1所述的装置，其中表面是平的，并与透镜成一定角度设置，并且其中掩模是具有开口的平板，光束可以穿过该开口，并且其中将平板与透镜成一定角度设置。
3.根据权利要求1所述的装置，其中表面是弯曲的，并且掩模是弯曲的，以便符合公式 1/v+l/b = l/f0
4.根据前述任一权利要求所述的装置，其中掩模由多个掩模部分组成。
5.根据权利要求4所述的装置，其中每个掩模部分是具有开口的平单元。
6.根据前述任一权利要求所述的装置，其中表面是可烧蚀材料的表面，并且其中光束是激光束，以便产生可烧蚀材料的等离子体烟柱。
7.根据权利要求6所述的装置，其中基底平行于可烧蚀材料表面设置，使基底表面覆盖有可烧蚀材料。
8.一种用于以一定角度将光束引导到表面上并沿该表面移动所述倾斜的光束的装置， 该装置包括-第一滑架，可在平行于表面和平行于光束入射路径的第一方向上移动；-第一反射镜，以一定角度设置在第一滑架上用于引导光束；和-透镜，设置在第一滑架上，并且位于第一反射镜之后，用于将光束聚焦在该表面上。
9.根据权利要求8所述的装置，包括，第二反射镜，设置在第一反射镜和透镜之间，用于进一步引导光束。
10.根据权利要求8或9所述的装置，包括-第二滑架，第一滑架可沿第一方向在其上移动，所述第二滑架可在垂直于第一方向并平行于该表面的第二方向上移动；-固定反射镜，用于沿第二方向偏折到达的光束；-第三反射镜，设置在第二滑架上，用于沿第一方向偏折来自固定反射镜的光束。
11.一种根据权利要求1-7任一项的装置和根据权利要求8-10的装置的组合。
全文摘要
本发明涉及一种用于将图像投射在表面上的装置，包括生成光束的光源；设置在光束路径内的掩模；设置在掩模后面的透镜，用于将掩模图像聚焦在表面上，其中该表面不与透镜平行，其中，沿掩模边缘的基本上每一位置到透镜的距离v，与掩模图像边缘的对应位置到透镜的距离b，基本符合公式l/v+l/b＝l/f，其中f是透镜的焦距。本发明还涉及一种用于在表面上移动图像的装置。
文档编号B23K26/06GK102308019SQ200980156406
公开日2012年1月4日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年1月6日
发明者J·A·简森斯, J·J·布鲁伊克马特, J·M·德克尔斯 申请人:索尔玛特斯有限责任公司