干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，包括第一透鏡組，第二透鏡組，第三透鏡組，第四透鏡組，孔徑光闌，第五透鏡組，第六透鏡組，參考面基板組，分光束平片組沿光軸自左向右順序排列，第一透鏡組至分光束平片組構(gòu)成系統(tǒng)的物鏡組E1；所述的第二透鏡組的焦距為fS2，第三透鏡組的焦距為fS3，物鏡組的焦距為fE1，三者滿足下列關(guān)系式：1.2<|fS3/fS2|<1.8，3<|fS1/fE1|<4，本發(fā)明干涉顯微物鏡在可見(jiàn)光波段范圍內(nèi)具有工作距離長(zhǎng)，數(shù)值孔徑大，畸變比較小的特點(diǎn)，系統(tǒng)成像質(zhì)量接近衍射極限。
【專利說(shuō)明】干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及干涉顯微物鏡，特別是一種干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)。
技術(shù)背景
[0002]隨著微細(xì)加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，微電子、微光學(xué)、微機(jī)械元器件不斷出現(xiàn)。這需要對(duì)上述元器件的微觀三維形貌進(jìn)行精密測(cè)量，且測(cè)量?jī)x器需要有高橫向分辨率和縱向分辨率。與平滑表面測(cè)量不同，表面形貌測(cè)量不僅要測(cè)量表面粗糙度或瑕疵，還要測(cè)量表面輪廓、形狀偏差和位置偏差。
[0003]光學(xué)干涉顯微鏡是利用光學(xué)干涉原理檢測(cè)元器件三維微觀形貌的儀器，具有表面信息直觀、測(cè)量精度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]干涉顯微物鏡有三種形式:邁克爾遜干涉顯微物鏡，林立克干涉顯微物鏡和Mirau干涉顯微物鏡。邁克爾遜干涉顯微物鏡(圖1a)是來(lái)自光學(xué)系統(tǒng)前端的光束經(jīng)分束鏡后分成兩束，一束被參考面反射，另一束被測(cè)試面反射，兩束光再次經(jīng)過(guò)分束鏡后會(huì)合發(fā)生干涉。林立克干涉顯微物鏡(圖1b)是平行光經(jīng)過(guò)分束棱鏡分成兩路，一路經(jīng)過(guò)物鏡聚集在參考面上并被反射回物鏡還原成平行光，另一路經(jīng)過(guò)另一個(gè)物鏡聚集在測(cè)試面上，被反射經(jīng)過(guò)物鏡還原成平行光，兩束光經(jīng)過(guò)分束棱鏡會(huì)合并發(fā)生干涉。參考光路與測(cè)量光路要求一致，所以林立克干涉需要兩個(gè)完全相同，精度很高的顯微物鏡。Mirau干涉顯微物鏡(圖1c)是來(lái)自光學(xué)系統(tǒng)前端的光束經(jīng)物鏡后透過(guò)參考板，然后由分光板上半反半透膜分成兩束，一束透過(guò)分光板投射到測(cè)試面，反射后經(jīng)分光板和參考板回到物鏡。另一束被分光板反射到參考板上反射區(qū)域，反射后回到分光板并再次被反射，然后透過(guò)參考板回到物鏡，兩束光在物鏡視場(chǎng)中會(huì)合發(fā)生干涉。
[0005]國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期以來(lái)使用上海光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的6JA干涉顯微鏡檢測(cè)表面微觀三維形貌。6JA型干涉顯微鏡基于林立克原理，其參考光路和測(cè)試光路分別在兩條相互垂直的光軸上，其中任何一條光路的誤差都會(huì)引起光路失調(diào)，導(dǎo)致干涉條紋不穩(wěn)定。6JA干涉顯微鏡工作距離較小，只有0.5mm，使用不方便。為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是提供一種干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)。該干涉顯微物鏡采用Mirau干涉原理，參考光路和測(cè)試光路共光路，減少了系統(tǒng)誤差。能夠在可見(jiàn)光波段內(nèi)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)工作距離，大數(shù)值孔徑，畸變比較小，系統(tǒng)成像質(zhì)量接近衍射極限。本發(fā)明的干涉顯微物鏡是無(wú)限遠(yuǎn)共軛距的顯微物鏡。
[0007]為了便于描述，系統(tǒng)像面在左無(wú)限遠(yuǎn)處，物面在右，本發(fā)明所述從左向右方向。
[0008]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)解決方案如下:
[0009]一種干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，沿光軸自左向右依次包括第一透鏡組、第二透鏡組、第三透鏡組、第四透鏡組、孔徑光闌、第五透鏡組、第六透鏡組、參考面基板組和分光束平片組，所述第一透鏡組至分光束平片組構(gòu)成系統(tǒng)的物鏡組，其特征在于:所述的第二透鏡組的焦距為fS2，第三透鏡組的焦距為fS3，物鏡組的焦距為fEl，三者滿足下列關(guān)系式:
[0010]1.2<|fS3/fS2|<l.8,
[0011]3<|fSl/fEl|<4o
[0012]所述的第一透鏡組為雙膠合透鏡組，結(jié)構(gòu)為“正負(fù)”型，透鏡材料均為火石玻璃，整組焦距為負(fù)。
[0013]所述的第三透鏡組為三膠合透鏡組，結(jié)構(gòu)為“負(fù)正負(fù)”型，中間透鏡材料為低色散冕玻璃，焦距為正，兩邊透鏡材料為火石玻璃，焦距為負(fù)。
[0014]所述的第四透鏡組為雙膠合透鏡組，結(jié)構(gòu)為“正負(fù)”型，冕玻璃透鏡的焦距為正，火石玻璃的焦距為負(fù)，且火石玻璃在冕玻璃的右邊。
[0015]整個(gè)系統(tǒng)包括11個(gè)透鏡和一個(gè)參考面基板，一個(gè)分光束平片組成，其中第一透鏡組，第二透鏡組和第四透鏡組為雙膠合透鏡，第三透鏡組為三膠合透鏡，第五透鏡組，第六透鏡組均為單透鏡。
[0016]本發(fā)明的技術(shù)效果如下:
[0017]本發(fā)明干涉顯微物鏡在可見(jiàn)光波段內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)工作距離，大數(shù)值孔徑，畸變比較小，成像質(zhì)量接近衍射極限。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是現(xiàn)在已有的干涉顯微物鏡分類圖；
[0019]圖2是本發(fā)明干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)圖；
[0020]圖3是本發(fā)明干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)曲線圖；
[0021]圖4是本發(fā)明干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的波像差曲線圖；
[0022]圖5是本發(fā)明干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的場(chǎng)曲/畸變曲線圖；
[0023]圖6是本發(fā)明干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的斯特列爾比曲線圖；
[0024]圖7是本發(fā)明干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的垂軸像差曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0026]參看圖2，本發(fā)明用于干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，包括第一透鏡組SI，第二透鏡組S2，第三透鏡組S3，第四透鏡組S4，孔徑光闌Ul，第五透鏡S5，第六透鏡S6，參考面基板組S7，分光束平片組S8沿光軸自左向右順序排列構(gòu)成，所述第一透鏡組至分光束平片組構(gòu)成系統(tǒng)的物鏡組El。所述的第二透鏡組S2的焦距為fS2，第三透鏡組S3的焦距為fS3，物鏡組的焦距為fEl，三者滿足下列關(guān)系式:
[0027]1.2<|fS3/fS2|<l.8,
[0028]3〈|fSl/fEl|〈4。
[0029]本發(fā)明的干涉顯微物鏡是無(wú)限遠(yuǎn)共軛距的顯微物鏡，在使用時(shí)需要配用焦距200mm的筒鏡進(jìn)行使用。
[0030]本發(fā)明用于干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，使用時(shí)需要使用具有一定帶寬的同軸照明光源。光源發(fā)出的光入射到干涉顯微物鏡時(shí)，被分光束平片組S8分成兩束光，一束光入射到參考面基板組S7，經(jīng)參考面基板組S7反射后沿原路返回，另外一束光入射到待測(cè)物體表面，經(jīng)物體表面反射后原路返回，兩束反射光進(jìn)行干涉形成干涉條紋。通過(guò)對(duì)干涉條紋分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的干涉測(cè)量。
[0031]參考面基板組S7是由玻璃平板和超光滑硅片組成。
[0032]分光束平片組S8根據(jù)要測(cè)量物體表面的反射程度，采用不同分光比的膜層來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0033]本發(fā)明的干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。本發(fā)明的干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)的性能曲線如圖3~7所示。
[0034]表1
[0035]
【權(quán)利要求】
1.一種干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng),沿光軸自左向右依次包括第一透鏡組(SI)、第二透鏡組(S2)、第三透鏡組(S3)、第四透鏡組(S4)、孔徑光闌(U1)、第五透鏡組(S5)、第六透鏡組(S6)、參考面基板組(S7)和分光束平片組(S8)，所述第一透鏡組至分光束平片組構(gòu)成系統(tǒng)的物鏡組(E1)，其特征在于:所述的第二透鏡組(S2)的焦距為fS2，第三透鏡組(S3)的焦距為fS3,物鏡組的焦距為fEl,三者滿足下列關(guān)系式:
1.2<|fS3/fS2|<l.8，
3<|fSl/fEl|<4o
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的第一透鏡組(SI)為雙膠合透鏡組，結(jié)構(gòu)為“正負(fù)”型，透鏡材料均為火石玻璃，整組焦距為負(fù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的第三透鏡組(S3)為三膠合透鏡組，結(jié)構(gòu)為“負(fù)正負(fù)”型，中間透鏡材料為低色散冕玻璃，焦距為正，兩邊透鏡材料為火石玻璃，焦距為負(fù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干涉顯微物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于所述的第四透鏡組(S4)為雙膠合透鏡組，結(jié)構(gòu)為“正負(fù)”型，冕玻璃透鏡的焦距為正，火石玻璃的焦距為負(fù)，且火石玻璃在冕玻璃的右邊。
【文檔編號(hào)】G02B21/02GK103792648SQ201310468484
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】徐靜浩, 步揚(yáng), 王向朝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所