显微物镜像差测定及其像质评价

介绍了我们研制的多功能显微物镜波差测定仪的各种像差测定方法。测试了国内外显微物镜。平视场物镜的波面像差、轴上<λ/4～λ/8,视场边缘～λ/2;非平场的波面像差、轴上<λ/4,边缘视场～3λ。波面像差作为设计装配检测是-种合适的质量判据。作为像质判据,采用白光传递函数较为合适。     

大数值孔径物镜的波像差测量及其特殊问题

设计了基于振幅型棋盘光栅的二维剪切干涉仪,用于测量大数值孔径(NA)物镜的波像差。研究了棋盘光栅剪切干涉仪的基本原理,分析了大数值孔径物镜波像差测量时涉及的几个特殊问题。首先,根据棋盘光栅的远场衍射函数分析了棋盘光栅的衍射效率和衍射级分布,给出了剪切干涉图数据的处理方法。接着,根据球面光瞳坐标与平面探测器坐标的投影关系,分析了光瞳坐标畸变的影响;采用几何光线追迹方法,分析了光栅方程非线性对系统误差的影响。最后,推导了物镜光瞳边缘的相对照度与数值孔径的关系。试验结果表明:采用相同光瞳坐标,NA为0.6的显微物镜的波像差测量重复性(3σ)可达到3.7 mλ。对大数值孔径物镜测量过程中涉及的特殊问题进行了探讨,结果提示:测量大数值孔径物镜的波像差时,需要考虑光瞳坐标畸变、光栅方程引入的系统误差、光瞳边缘照度衰减的影响等。     

高数值孔径投影光刻物镜波像差的自动平衡优化

考虑高数值孔径(NA)投影光刻物镜视场较大、波像差分布不均匀,本文提出了一种自动优化设计方法来降低设计过程中出现的全视场最大波像差。该方法通过将一个自动调节采样视场权重的循环程序附加在光刻物镜的局部优化程序之外来自动平衡全视场的波像差,进而降低全视场的最大波像差。设计实例证明,运用该方法后光刻物镜全视场波像差的均匀性显著提高,最大波像差降低为原来的63%。该方法在光学设计软件Code V中有良好的应用效果,应用该方法不但能节省光刻物镜设计者的时间,而且会降低设计对设计者设计经验的依赖性。同时,该方法也可推广应用在其他对成像质量要求较高的光学系统设计中。     

18.2nm Schwarzschild显微物镜用多层膜带宽匹配问题分析

软X射线多层膜的进展使正入射高分辨率成像系统从红外、可见和紫外扩展到软X射线波段.由于软X射线多层膜的反射率还不能像其它波段反射镜反射率那样高,因此由两块同心球面反射镜组成的Schwarzschild物镜在软X射线波段得到了广泛的应用.本文从多层膜带宽匹配条件、Schwarzschild显微物镜的几何尺寸和多层膜镀制设备的性能出发,研究了实现Schwarzschild显微物镜带宽匹配条件的镀膜过程,为实际制备Schwarzschild显微物镜用多层膜提供理论指导.     

18.2nm Schwarzschild显微物镜用多层膜带宽匹配问题分析

软X射线多层膜的进展使正入射高分辨率成像系统从红外、可见和紫外扩展到软X射线波段。由于软X射线多层膜的反射率还不能像其它波段反射镜反射率那样高,因此由两块同心球面反射镜组成的Schwarzschild物镜在软X射线波段得到了广泛的应用。本文从多层膜带宽匹配条件、Schwarzschild显微物镜的几何尺寸和多层膜镀制设备的性能出发,研究了实现Schwarzschild显微物镜带宽匹配条件的镀膜过程,为实际制备Schwarzschild显微物镜用多层膜提供理论指导。     

用于MEMS振镜激光扫描的显微物镜设计

为满足微机电系统（micro-electro-mechanical system,MEMS）二维激光扫描系统对显微物镜小入瞳直径、大入射角度、大视场的要求,利用光学设计软件Zemax设计了一款入瞳直径为1.1 mm,可匹配MEMS二维振镜±18°大扫描角度的近红外无限共轭微型显微物镜。该物镜总长小于23 mm,数值孔径为0.4,分辨率为1.26μm,工作距为900μm,各项像差校正良好,满足使用需求。设计结果表明,该微型显微物镜可满足便携式皮肤检测仪器的MEMS二维振镜激光扫描系统的应用要求。     

基于红蓝双光阑的单物镜立体显微成像系统

为了得到微观动态样品的三维形貌图,提出了基于红蓝双小孔光阑的单物镜立体显微成像方法,并建立了一个结构简单的单物镜立体显微系统。该系统在物镜出瞳处放置分别用红、蓝滤光片覆盖的双小孔光阑,当采用白光照明时,彩色CCD将接收到分别用红光和蓝光表示的两个不同视角的图像。采用数字图像处理方法可获得具有视差的立体像对,基于相位的双目匹配算法可得到样品的三维形貌。实验结果表明,该方法重构了微观样品,其景深达到241.50μm。与现有的双物镜体视显微方法相比,设计的立体显微系统简单且紧凑,利用单次拍摄即可得到微观动态样品的三维形貌图,在显微镜和内窥镜中很有应用前景。     

高数值孔径投影光刻物镜的光学设计

针对45nm节点投影光刻物镜的应用,开展了工作波长为193nm的深紫外浸没式高数值孔径(NA)投影光刻物镜的研究和研制。设计了数值孔径(NA)为1.30的离轴三反射镜投影光刻物镜和NA为1.35的同轴两反射镜投影光刻物镜,并对两个设计方案的优劣进行对比分析,选择了同轴式结构作为最终的设计方案。分析了系统在不同NA情况下可变光阑与其远心度之间的关系,提出了用双可变曲面光阑的设计方案来优化系统的远心度。实验表明,应用本文设计方案,光刻物镜的波像差小于1nm,畸变小于1nm;新型的可变光阑使系统NA在0.85~1.35变化时的最大远心度由5.83~17.57mrad降低至0.26~3.21mrad。本文提出的设计方案为45nm节点高数值孔径投影光刻物镜的研制提供了有益的理论依据和指导。     

N.A0.65×25平像场复消色差显微物镜光学设计

本文论述了N.A O.65×25大视场,复消色差、消倍率色差、平像场、又不用氟化钙晶体的显微物镜光学系统设计。     

栅板(SAP)对平场显微物镜场曲的定量测试及其实验

本文介绍在用SAP[3]对平场显微物镜的场曲进行测试的方法及其对进口的若干个高倍平场物镜的实测结果。SAP 为我国研制的点阵状网格光栅板,当用它作为显微镜检验用的标准样品时,可同时测定各种显微物镜的分辨率、放人率、某几种象差等的成象质量指标,特别是对平场物镜的场曲和成象清晰范围等方面能实现实时、快速、直观和定量化测定。实验结果表明,这种方法不需要在事后进行复杂的理论推算,也不要求特别的高精度仪器和专门的操作技术,仪利用显微镜本身的微调刻度即可,从而使测试结果与波测显微镜和其物镜直接联系,因此适合于生产或检验现场作即时检测、评价或记录之用。