专利名称：：一种傅立叶透镜系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种傅立叶透镜系统，且特别涉及一种未采用非球面镜的傅立叶透镜系统。
背景技术：
：在军事、航空航天、以及其他尖端科技领域有大量的高速图像处理需求，其中包括目标识别、运动的目标跟踪等。这些需求，在下一代计算机(光子计算机、量子计算机等)出现之前，单靠目前的电子计算机是难以满足需求，所以就出现了目前的光学信息处理系统与电子计算机结合的模式来解决这一问题。在这类光学信息处理系统中，傅立叶透镜是其核心子系统。目前的傅立叶透镜系统大致可以分为两类一类是类似于参考文献[l](参考文献[l]:B.A.RBlandford，OpticalInstrumentTechniquesPP435~433)和参考文献[2](傅立叶变换设计一一王民强)的双远距型及其变型。这类傅立叶透镜系统可以使其前后焦点的距离从2f缩小到0.7f左右，从而使整个系统的尺寸较为紧凑。另一种类型的傅立叶透镜系统，如参考文献[3](C.G.Wynne,OpticsCommunications,Vol.12,No.3PR266~274)所示，是采用单片透镜或两片透镜的系统。这类系统的特点是镜片数少，减少装校等的误差源，但为了消像差这类系统不得不采用非球面镜，这大大提高了加工制造的难度。总体而言，为了保证傅立叶透镜的高像质的需求，目前的傅立叶透镜系统大都是小视场，长焦距系统，绝大多数的焦距在300mm以上。在光刻机的离轴对准系统中，由于该系统是一种精密的目标识别和测量系统，不但要求透镜结构紧凑而且要保证一定的工作距离。上述第一类的傅立叶透镜不能满足要求，因为这类系统不但结构不够紧凑，而且其工作距离一般较小。对于上述第二类的傅立叶透镜系统来说，由于其采用了非球面镜，成本较高。因此，大数值孔径、结构紧凑且成本低的傅立叶透^:系统，已经成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容本发明提出一种傅立叶透镜系统，能够解决上述问题。为了达到上述目的，本发明提出一种傅立叶透镜系统，从物面至像面.沿其光轴方向依次包括第一凸透镜、弯月厚透镜以及第二凸透镜。其中，该第一凸透镜，该弯月厚透镜和该第二凸透镜之间的沿轴空气间隙小于20毫米。可选的，其中该弯月厚透镜的凸面朝向像面。可选的，其中该弯月厚透镜的材料为ZF6。可选的，其中该第一凸透镜和该第二凸透镜的材料为ZK7。可选的，其中该第二凸透镜之后还包括沿光轴排列的第一平面透镜。可选的，其中该第一平面透镜采用的材料为ZKll。可选的，其中该第一平面透镜之后还包括沿光轴排列的第二平面透镜。可选的，其中该第二平面透镜采用的材料为石英玻璃。可选的，其中该第一凸透镜具有第一表面和第二表面，第一表面的半径为224.39mm,第二表面的半径为34.45mm,该第一凸透4免的中心厚度为13.07mm，半孔径为22mm;该弯月厚透镜具有第三表面和第四表面，第三表面的半径为34.02mm，第四表面的半径为76.69mm，该弯月厚透镜的中心厚度为4mm，半孔径为24mm;该第二凸透镜具有第五表面和第六表面，第五表面的半径为491.49mm，第六表面的半径为121.4mm，该第二凸透镜的中心厚度为7.28mm,半孔径为24.5mm;第一平面透镜的厚度为98mm;第二平面透镜的厚度为6mm。可选的，其中在该傅立叶透镜系统的像面位置，还包括位于像面和光轴的交点将照明光束沿光轴反射的第一直角反射镜，和将照明光束反射至该第一直角反射镜的第二直角反射镜。本发明提出的傅立叶透镜系统具有较大数值孔径和角视场，结构紧凑，工作距离较长，本发明中的傅立叶透镜系统仅采用表面类型为球面或平面的透镜，没有引入非球面透镜，从而降低了透镜的加工、测试和装校难度。图1所示为前后焦面共轭应用的傅立叶变换透镜系统的示意图。图2所示为本发明的傅立叶透镜系统的结构及光路示意图。图3显示了本实施例的傅立叶透镜系统的传递函数MTF图4所示为本发明傅立叶透镜系统的点列图。图5所示为本发明傅立叶透镜系统的光程差(OPD)图。图6所示为第二实施例中的傅立叶变换透镜系统的示意图。具体实施例方式为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。根据傅立叶光学的理论，傅立叶透镜也有不同共轭下的应用。本发明给出的是前后焦面的共轭应用，但其应用不限于此。图1所示为前后焦面共轭应用的傅立叶变换透镜系统的示意图。输入面101(即物面)在傅立叶透4竟系统100的前焦面，相应的频镨面102在傅立叶透镜系统100的后焦面，这样在频语面102就可以得到物空间信息的傅立叶变换。照明光束由输入面101射入傅立叶透镜系统100,物空间信息能够经过傅立叶透镜系统IOO进行傅立叶变换。本发明提供了一种结构紧凑，成本低廉的同时保证了一定工作距离的傅立叶透镜系统。图2所示为本发明的傅立叶透镜系统的结构及光路示意图。请参考图2,傅立叶透镜系统IOO从物面一側顺次包含第一凸透镜LI、弯月厚透镜L2、第二凸透镜L3、平面透镜L4以及平面透镜L5。本实施例中的第一凸透镜Ll，弯月厚透镜L2和第二凸透镜L3之间的沿轴空气间隙小于20毫米。本发明的傅立叶透镜系统的数值孔径为0.31;工作波长为632.8nm，即激光波长；物距为60mm;物面直径为l.lmm。表1给出了本发明傅立叶透镜系统的具体参数值，其中"厚度"一栏给出了该,面到紧接着其后面一面之间的轴向距离。"材料"一栏即指明所对应透镜的材料。"半孔径"一栏指明了所对应表面的1/2孔径值。以透镜L1和L2为例，Ll的前表面2的球面半径224.39为224.39,即其半径为224.39mm。Ll的前表面2到后表面3的中心间距为13.07mm,Ll的光学材料为ZK7,前表面2的孔半径为22mm;Ll的后表面3的球面半径为34.45mm，Ll的后表面3到L2的前表面4的中心间距为0.53mm，后表面3的孔半径为22mm。平面透镜L4和平面透镜L5是相连接的，因此仅描述了平面透镜L4的一个前表面8。其余各表面的参数据此类推。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表l图3显示了本实施例的傅立叶透镜系统的传递函数MTF,反应了该傅立叶透镜系统的成像质量。传递函数MTF接近衍射极限，在激光工作条件下，可以有效获得高成像质量，同时可以实现较大的物方和像方视场尺寸。本实施例所揭露的透镜系统100的频i普面上谱点位置追踪结果如表2所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2由表2可知，频i普面上的谱点位置与预期的位置误差控制在了一定范围内，至此可以看出本发明的傅立叶透镜系统已经满足了所有的实际需求。图4所示为本发明傅立叶透镜系统的点列图。由一点发出的许多光线经光学系统后，因像差使其与像面的交点不再集中于同一点，而形成了一个散布在一定范围的弥散图形，称为点列图。点列图是在现代光学设计中最常用的评价方法之一。图中的几个图分别表示给定的几个视场上不同光线与像面交点的分布情况。使用点列图，一要注意其下方表格中的数值，值越小成像质量越好。二根据分布图形的形状也可了解系统的几何像差的影响，如，是否有明显像散特征，或彗差特征，几种色斑的分开程度如何，有经验的设计者可以根据不同的情况采取相应的措施。图5所示为本发明傅立叶透镜系统的光程差(OPD)图。光程差是指光线与相应主光线(通过光瞳坐标原点的光线)之间在某一面上的光程差，光程差是评价傅立叶透镜和相干成像系统的重要指标项，OPD数值越小代表相应的光学系统的性能越好,对于傅立叶透镜系统要求OPD小于1/4波长。图4和图5显示了本发明揭露的傅立叶透镜系统拥有较好的成像质量。图6所示为第二实施例中的傅立叶变换透镜系统的示意图。在较佳实施例中，被变换的物体是被照明光透射衍射的，照明光束和衍射光束分别位于物的两侧。由于在光学信息处理中，O级语是对应于物空间尺寸的无穷大的信息，也就是说它不能反映物空间的任何信息，是有害的噪声信号，很多应用都是要滤掉0级谱的。譬如本发明的应用一光刻机中的对准系统即如此。在傅立叶谱面中不需要O级谱的时候，也可以采用如图4所示的结构。在透镜系统的像面102—侧安装直角反射镜L6和直角反射镜L7,直角反射镜L6将照明光束反射成垂直于傅立叶透镜系统100的的光轴至直角反射镜L7,L7位于傅立叶透镜系统100的频谱面(即像面)与其光轴的交点处，照明光束被L7反射后垂直照明物101,物101发生衍射，其中的0级衍射光经过傅立叶透镜100后又打到反射棱镜L7上，这样101的0级衍射光就再次被L7反射走，而不被探测器探测到，因而就消除掉了0级衍射光的影响。本发明较佳实施例的傅立叶透镜系统100的数值孔径最大达到0.31,焦距不小于70mm，通光口径不大于51mm，角视场不小于18°。共轭面消除像差，波相差小于人/4，频语面语点位置满足正弦关系。本发明的傅立叶投影光学系统所有光学元件的表面类型均为球面或平面，没有任何非球面，因此不会引入光学加工、光学检测与成本等方面的难题。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属
技术领域：
中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。权利要求1.一种傅立叶透镜系统，其特征在于，从物面至像面沿其光轴方向依次包括第一凸透镜；弯月厚透镜；以及第二凸透镜，其中，该第一凸透镜，该弯月厚透镜和该第二凸透镜之间的沿轴空气间隙小于20毫米。2.根据权利要求1所述的傅立叶透镜系统，其中该弯月厚透镜的凸面朝向3.根据权利要求2所述的傅立叶透镜系统，其中该弯月厚透镜的材料为ZF6。4.根据权利要求1所述的傅立叶透镜系统，其中该第一凸透镜和该第二凸透镜的材料为ZK7。5.根据权利要求1所述的傅立叶透镜系统，其中该第二凸透镜之后还包括沿光轴排列的第一平面透M;。6.根据权利要求5所述的傅立叶透镜系统，其中该第一平面透镜采用的材料为ZKll。7.根据权利要求5所述的傅立叶透镜系统，其中该第一平面透镜之后还包括沿光轴排列的第二平面透镜。8.根据权利要求7所述的傅立叶透镜系统，其中该第二平面透镜采用的材料为石英玻璃。9.根据权利要求8所述的傅立叶透镜系统，其特征在于，其中该第一凸透镜具有第一表面和第二表面，第一表面的半径为224.39mm,第二表面的半径为34.45mm,该第一凸透镜的中心厚度为13.07mm，半孔径为22mm;该弯月厚透镜具有第三表面和第四表面，第三表面的半径为34.02mm,第四表面的半径为76.69mm，该弯月厚透镜的中心厚度为4mm，半孔径为24mm;该第二凸透镜具有第五表面和第六表面，第五表面的半径为491.49mm,第六表面的半径为121.4mm，该第二凸透镜的中心厚度为7.28mm，半孔径为24.5mm;第一平面透镜的厚度为98mm;第二平面透镜的厚度为6mm。10.根据权利要求1所述的傅立叶透镜系统，其中在该傅立叶透镜系统的像面位置，还包4舌第一直角反射镜，位于像面和光轴的交点，将照明光束沿光轴反射；第二直角反射镜，将照明光束反射至该第一直角反射镜。全文摘要本发明提出一种傅立叶透镜系统，从物面至像面沿其光轴方向依次包括第一凸透镜、弯月厚透镜以及第二凸透镜。该第一凸透镜，该弯月厚透镜和该第二凸透镜之间的沿轴空气间隙小于20毫米。本发明揭露的傅立叶透镜系统具有较大数值孔径和角视场，结构紧凑，工作距较长。文档编号G02B13/00GK101482644SQ20081020435公开日2009年7月15日申请日期2008年12月10日优先权日2008年12月10日发明者俊关申请人:上海微电子装备有限公司