CN102109672A - 一种物镜快速变倍分离视场显微镜 - Google Patents

一种物镜快速变倍分离视场显微镜 Download PDF

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Abstract

本发明是一种应用于曝光机的对准观察装置，具体为一种物镜快速变倍分离视场显微镜。本发明由物镜快速变倍装置、物镜系统、目镜系统等构成。以原有分离视场显微镜为原型，保持物镜工作距离不变，眼点出瞳位置到工作面的距离不变，增大物镜与反射镜之间的距离，在物镜安装处增加了物镜快速变倍机构，该变倍机构旋转部分设置为下转盘的物镜定位面在同一水平面上的形式；同时本发明对照明系统做了优化设计，新光路中照明光线和成像光线在水平方向独立传播；光路转向结构由直立型改为转折型；目镜进行双目距调节结构由直拉式分光结构改为回转式分光结构。本发明能在进行粗对准和精细对准切换时，能够实现物镜快速变倍功能。

Description

一种物镜快速变倍分离视场显微镜
技术领域
本发明是一种应用于曝光机的对准观察装置，具体为一种物镜快速变倍分离视场显微镜。 
背景技术
物镜快速变倍分离视场显微镜是光刻机的核心部件之一，该部件国外光刻机均有，都是自行研制的，没有在世界范围内单独销售，在国内无从购买。国内光刻机目前配置的虽然是分离视场显微镜，进行粗对准和精细对准切换时，物镜不能实现快速变倍功能。对此，大多数用户都提出要求，希望我们的曝光机能够配备具有物镜快速变倍功能的分离视场显微镜。专业的显微镜生产厂家也不研究和生产该显微镜，所以该显微镜在国内是空白，有必要自行研制。 
发明内容
本发明目的是为曝光机提供一种能够实现物镜快速变倍功能的分离视场显微镜，进行粗对准和精细对准切换时，物镜能够实现快速变倍功能。 
本发明的技术方案为：本发明物镜快速变倍分离视场显微镜，其特征在于：其包括依光路一次配设的物镜、反射镜组、管镜、合像棱镜、场镜、透镜组、照明系统、以及目镜系统所构成的分离视场显微镜，物镜组与水平成像光轴之间的距离h1由原来的18.1mm增加到66～78mm，照明光路（15）中照明光线和成像光线在水平方向独立传播，聚光镜（15a4）和聚光镜（15a5）之间的距离在变化过程中，始终符合柯拉照明条件，使成像光路能满孔径成像，优化光学系统主要参数改变：成像光路的管镜焦距由原有的93mm增大到100～120mm，照明光路（15）的聚光镜（15a4）焦距为60～70mm，聚光镜（15a5）焦距为20～30mm； 
光路转向结构由原有的直立型结构（16）改为转折型结构（17），增加了平面反射镜和半五棱镜完成转向和光路转折，实现光路由竖直方向转向为倾斜向上时，竖直方向先向下转折一次，向下转折带来的竖直方向位移为47.9～59.9mm，恰好与增大h1带来的向上位移相抵消，最终保证了眼点出瞳位置到工作面的距离H不变；目镜进行双目距调节结构由直拉式分光结构（18）改为回转式分光结构（19）；
在分离视场显微镜的物镜安装处增加了物镜快速变倍机构，该变倍机构包括上盘（1）、下转盘（2）、钢珠（5）以及定位机构（4），物镜快速变倍机构的上盘（1）用两个安装螺钉固定在物镜分离的动导轨（6）上，不同倍率的物镜（3）安装在下转盘（2）上，为减小该机械结构，下转盘（2）的物镜定位面设计在同一水平面，上盘（1）和下转盘（2）之间加装了内外两圈钢珠（5）进行旋转导向，通过旋转下转盘（2）实现物镜变倍功能，同时，在物镜快速变倍机构上设置了定位机构(4)，该机构为一弹性柱塞，下转盘2上对应位置划有沉窝，当变换不同倍率的物镜时该机构具有定位功能，使物镜能够准确定位在需要的位置。
本发明采用上述技术方案所产生的有益效果为：本发明由物镜快速变倍装置、物镜系统、目镜系统等构成。以原有分离视场显微镜为原型，保持物镜工作距离不变，眼点出瞳位置到工作面的距离不变，增大物镜与反射镜之间的距离，在物镜安装处增加了物镜快速变倍机构，该变倍机构旋转部分由传统的物镜塔球面设计形式，改为下转盘的物镜定位面在同一水平面上的形式，减小了该机械结构；同时对照明系统做了优化设计，新光路中照明光线和成像光线在水平方向独立传播，减少照明光路的杂散光对成像光路的影响，提高了图像的清晰度；光路转向结构由直立型改为转折型，增加了平面反射镜和半五棱镜完成转向和光路转折，实现光路由竖直方向转向为倾斜向上时，竖直方向先向下转折一次，最终保证了眼点出瞳位置到工作面的距离不变；目镜进行双目距调节结构由直拉式分光结构改为回转式分光结构，调节过程中光程不再随双目距离发生改变，使目镜像面始终不再离焦，也不再需要进行调焦补偿，使目镜系统结构简单化，操作更方便。综合以上调整，对整个成像系统应用了ZEMAX光学设计软件进行优化设计计算，使光路的光学传递函数曲线接近于衍射极限，使得由轴向距离变化产生的像差和光学特征参数的变化得到进一步的修正，保证生成清晰的目视图像，为精确对准提供保障。 
本发明对光学系统进行了进一步的优化设计，改善了光学成像质量，增加快速变倍机构，粗对准和精细对准时，切换不同倍率的物镜变得快捷、方便，大大地提高了对准的工作效率。 
附图说明
图1为本发明中物镜快速变倍机构的结构示意图。 
图2为本发明中物镜快速变倍机构的安装示意图。 
图3为原有显微镜结构示意图。 
图4为本发明快速变倍分离视场显微镜结构示意图。 
图5为原光学光路原理图。 
图6为本发明光学光路原理图。 
具体实施方式
如附图1、2、3、4、5、6所示本发明气包括依光路一次配设的物镜、反射镜组、管镜、合像棱镜、场镜、透镜组、照明系统、以及目镜系统所构成的分离视场显微镜，以及装配在分离视场显微镜的物镜安装处的快速变倍机构。如图1、2所示本发明中物镜快速变倍机构，其中物镜快速变倍机构的上盘1用两个安装螺钉固定在物镜分离的动导轨6上，不同倍率的物镜3安装在下转盘2上，为减小该机械结构，下转盘2的物镜定位面设计在同一水平面，上盘1和下转盘2之间加装了内外两圈钢珠5进行旋转导向，通过旋转下转盘2实现物镜变倍功能，同时，在物镜快速变倍机构上设置了定位机构4，该机构为一弹性柱塞，下转盘2上对应位置划有沉窝，当变换不同倍率的物镜时该机构具有定位功能，使物镜能够准确定位在需要的位置如（如图1、2所示）。 
原显微镜和本发明快速变倍分离视场显微镜均预留了CCD接口20；原显微镜的目镜系统7是通过导轨滑块形式来调节两目镜间距，适应不同观测者瞳距不同的需求，为保持光程距离不变，使目镜像面不离焦，需要进行调焦补偿，设置了视度调节机构8，快速变倍分离视场显微镜的目镜系统7是以中间轴为转轴，通过旋转来调节两目镜间距，适应不同观测者瞳距不同的需求，调节过程中两棱镜分别绕入射光轴回转，光程距离始终保持不变，不再需要调焦补偿，取消了视度调节机构8，该结构操作方便，结构简单化了；原显微镜LED接口9为垂直方向入射，光路中照明光线和成像光线在水平方向上共用部分较长，照明光路的杂散光影响像面对比度，新显微镜LED接口9为水平方向入射，光路中照明光线和成像光线在水平方向独立传播，减少照明光路的杂散光对成像光路的影响，提高了图像的清晰度；原显微镜和快速变倍分离视场显微镜旋转分离手柄10，显微镜物镜均可以在X方向运动，通过调节调焦手柄11，使两个视场同时得到清晰的图像；原显微镜旋转手柄12进行视场切换，快速变倍分离视场显微镜采用抽拉手柄12进行视场切换；原显微镜进行粗对准和精细对准切换时，采用手动更换方式，卸下小倍率物镜，再安装上大倍率物镜进行观察，操作不方便，效率低，快速变倍分离视场显微镜增加了快速变倍机构，通过旋转物镜快速变倍机构的下转盘2，切换不同倍率的物镜，进行粗对准和精细对准切换，大大地提高了对准的工作效率（以上如图3、4所示）。 
图5和图6是本发明的原光学光路原理与新光学光路原理对比图。本发明的光学设计部分，在保证物镜13到工作面的距离h不变的前提下，为了在物镜上方增加物镜快速变倍机构，增大了物镜组13与水平成像光轴之间的距离h1；同时对照明系统做了优化设计，原光学光路14中光源发出的光先经反射镜14a3反射、经半透半反镜14a2透射，再经反射镜14a1反射进入物镜13汇聚后对物面进行照明，通过物面的反射，将附带有物面图形信息的光线经物镜13准直、经反射镜14a1反射，再经半透半反镜14a2反射导入成像光路，该结构中照明光路与成像光路在水平方向上共用部分较长，照明光路的杂散光影响像面对比度，物镜分离时，照明光路14的聚光镜14a4和聚光镜14a5之间距离始终不变，不能始终符合柯拉照明条件；新光学照明光路15中光源发出的光先经半透半反镜15a1反射到物镜13汇聚后对物面进行照明，通过物面的反射，将附带有物面图形信息的光线经物镜13准直、经半透半反射镜15a1透射、经反射镜15a2反射，再经反射镜15a3反射导入成像光路，通过改进使新光路中照明光线和成像光线在水平方向独立传播，减少照明光路的杂散光对成像光路的影响，物镜分离时，照明光路15的聚光镜15a4和聚光镜15a5之间距离在变化过程中，始终符合柯拉照明条件，使成像光路能满孔径成像，提高了图像的清晰度；在原光路中转向结构16为直立型，如果新光路中继续采用此结构，光路在竖直方向上继续向上抬升，加上此前为增大物镜组13与水平成像光轴之间的距离h1，已经使得出瞳位置到工作面的距离H增大，这样的对准系统安装到整机设备中，从人机工程来讲，本来可以坐在座位上进行对准操作，由于眼点出瞳位置变高，就不得不站立着进行对准操作了，改进将带来新的不便，因此，此处必须采用新结构向下折转光路，才能保证眼点出瞳位置到工作面的距离H不变，新光路转象结构17采用转折型，光路中增加了平面反射镜17a1和半五棱镜17a2共同完成转向和光路转折，新光路与原光路相比，在同样实现光路由竖直方向转向为倾斜向上时，新光路在竖直方向先向下转折一次，保证了眼点出瞳位置到工作面的距离H不变；原光路为直拉式分光结构18，在进行双目距B调节时，依靠改变直角棱镜18a1与分光棱镜18a2之间的距离B1及分光棱镜18a2和棱镜18a3之间的距离B2来实现，从光学光程角度考虑，必须保证光程B1+C1和B2+C2保持不变，目镜像面才能不离焦，因此，增加了视度调节机构进行调焦补偿，分别调节C1和C2来保证光程B1+C1和B2+C2不变，此结构复杂，需要进行二次操作才能得到优质的图像，新光路设计使用回转式分光结构19，在进行双目距B调节时，通过使棱镜19a1和棱镜19a2绕入射光轴同步回转实现，在调节过程中，光程不会因为调节双目距B发生改变，目镜像面处不会产生离焦，也不需要进行调焦补偿，此结构设计更方便操作，结构简单化。 

Claims (1)

1.一种物镜快速变倍分离视场显微镜，其特征在于：其包括依光路一次配设的物镜、反射镜组、管镜、合像棱镜、场镜、透镜组、照明系统、以及目镜系统所构成的分离视场显微镜，其中物镜组（13）与水平成像光轴之间的距离h1由原来的18.1mm增加到66～78mm，照明光路（14）改为照明光路（15）形式，光路（15）中照明光线和成像光线在水平方向独立传播，聚光镜（15a4）和聚光镜（15a5）之间的距离在变化过程中，始终符合柯拉照明条件，使成像光路能满孔径成像，优化光学系统主要参数改变：成像光路的管镜焦距由93mm增大到100～120mm，照明光路（15）的聚光镜（15a4）焦距为60～70mm，聚光镜（15a5）焦距为20～30mm；
光路转向结构由原有的直立型结构（16）改为转折型结构（17），增加了平面反射镜和半五棱镜完成转向和光路转折，实现光路由竖直方向转向为倾斜向上时，竖直方向先向下转折一次，向下转折带来的竖直方向位移为47.9～59.9mm，恰好与增大h1带来的向上位移相抵消，最终保证了眼点出瞳位置到工作面的距离H不变；目镜进行双目距调节结构由直拉式分光结构（18）改为回转式分光结构（19）；
在分离视场显微镜的物镜安装处增加了物镜快速变倍机构，该变倍机构包括上盘（1）、下转盘（2）、钢珠（5）以及定位机构（4），物镜快速变倍机构的上盘（1）用固定在物镜分离的动导轨（6）上，不同倍率的物镜（3）安装在下转盘（2）上，下转盘（2）的物镜定位面设计在同一水平面，上盘（1）和下转盘（2）之间加装了内外两圈钢珠（5）进行旋转导向，通过旋转下转盘（2）实现物镜变倍功能，同时，在物镜快速变倍机构上设置了定位机构(4)，该机构为一弹性柱塞，下转盘2上对应位置划有沉窝，当变换不同倍率的物镜时该机构具有定位功能，使物镜能够准确定位在需要的位置。
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