干涉显微物镜光学系统的制作方法
【专利摘要】一种干涉显微物镜光学系统，包括第一透镜组，第二透镜组，第三透镜组，第四透镜组，孔径光阑，第五透镜组，第六透镜组，参考面基板组，分光束平片组沿光轴自左向右顺序排列，第一透镜组至分光束平片组构成系统的物镜组E1；所述的第二透镜组的焦距为fS2，第三透镜组的焦距为fS3，物镜组的焦距为fE1，三者满足下列关系式：1.2<|fS3/fS2|<1.8，3<|fS1/fE1|<4，本发明干涉显微物镜在可见光波段范围内具有工作距离长，数值孔径大，畸变比较小的特点，系统成像质量接近衍射极限。
【专利说明】干涉显微物镜光学系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及干涉显微物镜，特别是一种干涉显微物镜光学系统。
技术背景
[0002]随着微细加工技术的不断进步，微电子、微光学、微机械元器件不断出现。这需要对上述元器件的微观三维形貌进行精密测量，且测量仪器需要有高横向分辨率和纵向分辨率。与平滑表面测量不同，表面形貌测量不仅要测量表面粗糙度或瑕疵，还要测量表面轮廓、形状偏差和位置偏差。
[0003]光学干涉显微镜是利用光学干涉原理检测元器件三维微观形貌的仪器，具有表面信息直观、测量精度高等优点。
[0004]干涉显微物镜有三种形式:迈克尔逊干涉显微物镜，林立克干涉显微物镜和Mirau干涉显微物镜。迈克尔逊干涉显微物镜(图1a)是来自光学系统前端的光束经分束镜后分成两束，一束被参考面反射，另一束被测试面反射，两束光再次经过分束镜后会合发生干涉。林立克干涉显微物镜(图1b)是平行光经过分束棱镜分成两路，一路经过物镜聚集在参考面上并被反射回物镜还原成平行光，另一路经过另一个物镜聚集在测试面上，被反射经过物镜还原成平行光，两束光经过分束棱镜会合并发生干涉。参考光路与测量光路要求一致，所以林立克干涉需要两个完全相同，精度很高的显微物镜。Mirau干涉显微物镜(图1c)是来自光学系统前端的光束经物镜后透过参考板，然后由分光板上半反半透膜分成两束，一束透过分光板投射到测试面，反射后经分光板和参考板回到物镜。另一束被分光板反射到参考板上反射区域，反射后回到分光板并再次被反射，然后透过参考板回到物镜，两束光在物镜视场中会合发生干涉。
[0005]国内长期以来使用上海光学仪器厂生产的6JA干涉显微镜检测表面微观三维形貌。6JA型干涉显微镜基于林立克原理，其参考光路和测试光路分别在两条相互垂直的光轴上，其中任何一条光路的误差都会引起光路失调，导致干涉条纹不稳定。6JA干涉显微镜工作距离较小，只有0.5mm，使用不方便。为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种干涉显微物镜光学系统。
【发明内容】
[0006]本发明目的是提供一种干涉显微物镜光学系统。该干涉显微物镜采用Mirau干涉原理，参考光路和测试光路共光路，减少了系统误差。能够在可见光波段内实现长工作距离，大数值孔径，畸变比较小，系统成像质量接近衍射极限。本发明的干涉显微物镜是无限远共轭距的显微物镜。
[0007]为了便于描述，系统像面在左无限远处，物面在右，本发明所述从左向右方向。
[0008]为实现本发明目的，本发明技术解决方案如下:
[0009]一种干涉显微物镜光学系统，沿光轴自左向右依次包括第一透镜组、第二透镜组、第三透镜组、第四透镜组、孔径光阑、第五透镜组、第六透镜组、参考面基板组和分光束平片组，所述第一透镜组至分光束平片组构成系统的物镜组，其特征在于:所述的第二透镜组的焦距为fS2，第三透镜组的焦距为fS3，物镜组的焦距为fEl，三者满足下列关系式:
[0010]1.2<|fS3/fS2|<l.8,
[0011]3<|fSl/fEl|<4o
[0012]所述的第一透镜组为双胶合透镜组，结构为“正负”型，透镜材料均为火石玻璃，整组焦距为负。
[0013]所述的第三透镜组为三胶合透镜组，结构为“负正负”型，中间透镜材料为低色散冕玻璃，焦距为正，两边透镜材料为火石玻璃，焦距为负。
[0014]所述的第四透镜组为双胶合透镜组，结构为“正负”型，冕玻璃透镜的焦距为正，火石玻璃的焦距为负，且火石玻璃在冕玻璃的右边。
[0015]整个系统包括11个透镜和一个参考面基板，一个分光束平片组成，其中第一透镜组，第二透镜组和第四透镜组为双胶合透镜，第三透镜组为三胶合透镜，第五透镜组，第六透镜组均为单透镜。
[0016]本发明的技术效果如下:
[0017]本发明干涉显微物镜在可见光波段内可以实现长工作距离，大数值孔径，畸变比较小，成像质量接近衍射极限。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是现在已有的干涉显微物镜分类图；
[0019]图2是本发明干涉显微物镜光学系统图；
[0020]图3是本发明干涉显微物镜光学系统的传递函数曲线图；
[0021]图4是本发明干涉显微物镜光学系统的波像差曲线图；
[0022]图5是本发明干涉显微物镜光学系统的场曲/畸变曲线图；
[0023]图6是本发明干涉显微物镜光学系统的斯特列尔比曲线图；
[0024]图7是本发明干涉显微物镜光学系统的垂轴像差曲线图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0026]参看图2，本发明用于干涉显微物镜光学系统，包括第一透镜组SI，第二透镜组S2，第三透镜组S3，第四透镜组S4，孔径光阑Ul，第五透镜S5，第六透镜S6，参考面基板组S7，分光束平片组S8沿光轴自左向右顺序排列构成，所述第一透镜组至分光束平片组构成系统的物镜组El。所述的第二透镜组S2的焦距为fS2，第三透镜组S3的焦距为fS3，物镜组的焦距为fEl，三者满足下列关系式:
[0027]1.2<|fS3/fS2|<l.8,
[0028]3〈|fSl/fEl|〈4。
[0029]本发明的干涉显微物镜是无限远共轭距的显微物镜，在使用时需要配用焦距200mm的筒镜进行使用。
[0030]本发明用于干涉显微物镜光学系统，使用时需要使用具有一定带宽的同轴照明光源。光源发出的光入射到干涉显微物镜时，被分光束平片组S8分成两束光，一束光入射到参考面基板组S7，经参考面基板组S7反射后沿原路返回，另外一束光入射到待测物体表面，经物体表面反射后原路返回，两束反射光进行干涉形成干涉条纹。通过对干涉条纹分析，实现对物体的干涉测量。
[0031]参考面基板组S7是由玻璃平板和超光滑硅片组成。
[0032]分光束平片组S8根据要测量物体表面的反射程度，采用不同分光比的膜层来实现。
[0033]本发明的干涉显微物镜光学系统的一个实施例的结构参数如表1所示。本发明的干涉显微物镜光学系统的性能曲线如图3~7所示。
[0034]表1
[0035]
【权利要求】
1.一种干涉显微物镜光学系统,沿光轴自左向右依次包括第一透镜组(SI)、第二透镜组(S2)、第三透镜组(S3)、第四透镜组(S4)、孔径光阑(U1)、第五透镜组(S5)、第六透镜组(S6)、参考面基板组(S7)和分光束平片组(S8)，所述第一透镜组至分光束平片组构成系统的物镜组(E1)，其特征在于:所述的第二透镜组(S2)的焦距为fS2，第三透镜组(S3)的焦距为fS3,物镜组的焦距为fEl,三者满足下列关系式:
1.2<|fS3/fS2|<l.8，
3<|fSl/fEl|<4o
2.根据权利要求1所述的干涉显微物镜光学系统，其特征在于所述的第一透镜组(SI)为双胶合透镜组，结构为“正负”型，透镜材料均为火石玻璃，整组焦距为负。
3.根据权利要求1所述的干涉显微物镜光学系统，其特征在于所述的第三透镜组(S3)为三胶合透镜组，结构为“负正负”型，中间透镜材料为低色散冕玻璃，焦距为正，两边透镜材料为火石玻璃，焦距为负。
4.根据权利要求1所述的干涉显微物镜光学系统，其特征在于所述的第四透镜组(S4)为双胶合透镜组，结构为“正负”型，冕玻璃透镜的焦距为正，火石玻璃的焦距为负，且火石玻璃在冕玻璃的右边。
【文档编号】G02B21/02GK103792648SQ201310468484
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2013年10月10日 优先权日:2013年10月10日
【发明者】徐静浩, 步扬, 王向朝 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所