光刻投影物镜可变光阑的结构设计与分析

孙 振 ，巩 岩

(中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室，吉林 长春130033)

1 引 言

获得清晰图像的前提条件是光学系统在适应景物照度的变化下实现最佳“曝光”［1］。调光机构是成像系统不可缺少的组成部分，它与成像质量有着密切的关系。当物镜的焦距一定时，改变孔径光阑的大小影响着像平面上的照度。调光机构的主要作用是调节进入镜头的光通量，使像平面获得适当的照度［2］。自动调光方法分为4 类:光敏电阻调光、可变密度盘调光、电子快门调光和可变光阑调光。光敏电阻的光电转换精度有限，动态性能差，很难将图像调到最佳;可变密度盘采用滤光片，机构实现复杂、体积大、驱动功率大、调光不连续且响应慢;电子快门调光响应速度快，但它对于通光孔径较大的场合难以满足使用要求;可变光阑调光方法简单、结构紧凑、重量轻、调光范围大，能很好地与其他调光方法配合使用，应用广泛［1，3］。

在光刻投影物镜［4-5］中，依靠可变光阑调节物镜的数值孔径，可以在不同的曝光条件下改变光学系统的分辨率和景深。本文对光刻投影物镜中236 mm 口径的可变光阑进行设计与分析，得出了光阑各个组件的详细结构参数。在传动机构上采用了部分齿轮，减小了结构质量和传动摩擦;分析了光阑固定环和活动环在重力和摩擦力作用下的变形和应力情况，并对光阑片进行了模态分析，得到了光阑片的前10 阶固有频率，并对传动齿轮的齿面接触强度进行了分析。……