CN112393882B - 一种基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法 - Google Patents

一种基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法，所述方法包括如下步骤：步骤一、复眼透镜矩阵的单透镜面型参数检测；步骤二、靶标透镜的光刻参数补偿；步骤三、复眼透镜与靶标的校装。本发明基于光学系统焦平面耦合参数传递原理，通过对靶标的参数控制实现对透镜面型的补偿，由于检测流程和复眼透镜的使用流程一致，使得检测结果可信度高，且可以综合各种误差来源，具有测量精度高、检测效率高等特点。本发明通过对靶标的参数控制补偿复眼透镜的面型及位置偏差，使得复眼清晰成像。

Description

一种基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法
技术领域
本发明属于光学检测技术、精密仪器领域，涉及一种复眼成像的调校方法，具体涉及一种基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法。
背景技术
复眼透镜由数个微透镜单元呈矩形阵列形式组合构成，复眼成像受靶标和复眼阵列的综合作用影响。复眼透镜阵列的面型精度是影响其图像合成的关键因素之一，但受加工工艺、加工设备精度的限制，且复眼透镜的阵列数目较多，不能保证复眼的各个单元透镜参数相同，使得复眼透镜面型数据和中心坐标偏离数据不统一，表现为各子像面前后位置存在偏差(曲率半径的差异)、中心像点位置与理论位置的均匀分布存在偏差(透镜单元的光轴不一致)、单元透镜所成的图像形态存在偏差(曲率半径的差异和透镜单元的光轴不一致综合导致)、微透镜实际中心点与理论中心点存在偏差(透镜单元的光轴偏移)，这些偏差综合导致复眼透镜的中心像点和其相对应的光刻靶标位置、姿态不重合，导致复眼透镜成像失败，依据对靶标的参数控制实现对透镜面型的补偿是复眼透镜成功合成靶标图像的技术关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法，该方法基于光学系统焦平面耦合参数传递原理，通过对靶标的参数控制实现对透镜面型的补偿，由于检测流程和复眼透镜的使用流程一致，使得检测结果可信度高，且可以综合各种误差来源，具有测量精度高、检测效率高等特点。本发明通过对靶标的参数控制补偿复眼透镜的面型及位置偏差，使得复眼清晰成像。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法，包括如下步骤：
步骤一、复眼透镜矩阵的单透镜面型参数检测：
调节复眼透镜矩阵至红外显微物镜的距离依次筛分并检测出相对应的单透镜的像点形态参数，所述像点形态参数包括单透镜的像点坐标、单透镜的光轴偏斜量、单透镜的光轴偏移量和单透镜的焦距；
步骤二、靶标透镜的光刻参数补偿：
根据单透镜的焦距值计算对应靶标的加工尺寸，根据单透镜的像面位置坐标确定对应靶标的加工坐标，根据光轴偏斜量确定靶标形态，并据此开展胶片的光刻加工；
步骤三、复眼透镜与靶标的校装：
在靶标和复眼透镜阵列上标记确定基准，以基准相互定位，实现单透镜与相应补偿靶标的粗对准，再通过高分辨率二维调整机构进行微对准，保证单透镜光轴与靶标‘F’字中心的高精度对应。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、由于复眼透镜阵列的数量较多且面型各异，因此对每一个透镜单元进行检测再逐一补偿，工作量极大，本发明通过筛分标定测量出单透镜的焦距和形态参数，极大提升了检测效率，缩短了检测周期。
2、本发明采用红外显微物镜、探测器和计算机标定复眼透镜中各透镜单元的偏差，并通过计算机修正光刻靶位置和形态的方式进行校正，完成靶标对单透镜形变的校正补偿，由于检测流程和复眼透镜的使用流程一致，使得检测结果具有可信度高、测量精度高的特点，可用于红外复眼透镜阵列的面型检测以及复眼阵列和靶标图像的合成调校。
附图说明
图1为透镜面型补偿流程图；
图2为复眼透镜阵列面型检测光学原理图；
图3为复眼透镜阵列靶标图像合成光学原理图；
图4为复眼透镜主视图；
图5为复眼透镜左视图；
图6为靶标与微透镜调校系统装配图；
图中：1-光源与靶标组件、2-靶标透镜、3-复眼透镜阵列、4-高精度线性移动平台、5-探测器、6-红外显微物镜、7-红外平行光管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：本实施方式提供了一种基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法，如图1所示，所示方法包括如下步骤：
步骤一、复眼透镜的单透镜面型参数检测：
复眼透镜阵列的单透镜焦点不一致，即不在同一个平面上，通过高精度线性移动平台4调节复眼透镜阵列3至红外显微物镜6的距离依次筛分并检测出相对应的单透镜的焦距和像点形态参数。
步骤二、靶标透镜的光刻参数补偿：
根据单透镜的焦距值计算对应靶标的加工尺寸，根据单透镜的像面位置坐标确定对应靶标的加工坐标，根据光轴偏斜量确定靶标形态。复眼透镜阵列的检测及计算数据构成靶标补偿量的标定结果，据此开展胶片的光刻加工。通过计算机修正光刻靶标位置进行校正后的靶标图像群中的每个单体光刻靶和其各自相对应的单透镜中心像点重合，经过靶标校正后复眼可清晰合成靶标图像，如图3所示。
步骤三、复眼透镜与靶标的校装：
提前在靶标和复眼透镜阵列上标记确定基准，以基准相互定位，实现单透镜与相应补偿靶标的粗对准，再通过高精度线性移动平台进行精对准，保证单透镜光轴与靶标‘F’图像中心的高精度(计算机能显示复眼合成的清晰图像即说明靶标和透镜对应精度高)对应。
具体实施方式二：如图4和图5所示，本实施方式是对具体实施方式一的复眼透镜阵列3做出的进一步说明。
所述复眼透镜阵列3由数个单透镜呈矩形阵列形式组合构成，复眼透镜阵列3的厚度为2mm，每个单透镜的直径为3mm，复眼透镜阵列3设置为单面透镜，数个单透镜形状尺寸一致。本实施方式中，单透镜为圆形非球面结构。
具体实施方式三：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式一的复眼透镜的单透镜面型参数检测做出的进一步说明。
所述复眼透镜的单透镜面型参数检测包括对复眼透镜阵列的分层采样和单透镜参数检测，由复眼透镜阵列3、高精度线性移动平台4(其精度满足单透镜的对焦即可)、红外显微物镜6、探测器5、红外平行光管7和计算机构成的单透镜面型检测系统完成。所述复眼透镜阵列3通过工装件固定于实验台上，红外显微物镜6通过工装件固定于高精度线性移动平台4上，高精度线性移动平台4与实验台相对静止，红外平行光管7的光轴、复眼透镜阵列3的中心光轴、与红外显微物镜6的光轴、探测器5的镜头光轴重合，探测器5的探测窗口正对红外显微物镜6，通过红外平行光管7的光学窗口射出的红外光依次通过复眼透镜阵列3、红外显微物镜6、探测器5的镜头。所述分层采样通过计算机控制高精度线性移动平台4由近及远移动红外显微物镜6至复眼透镜阵列3的距离实现。所述面型参数检测由探测器5和计算机实现，面型参数组成分为单透镜的焦距、单透镜的像点坐标、单透镜的光轴偏斜量和单透镜的光轴偏移量。
设置复眼透镜矩阵3与红外显微物镜6的初始位置，距离记为L0，控制高精度线性移动平台4使得红外显微物镜6逐渐远离复眼透镜矩阵3，通过计算机观察探测器5的显像状态，当第n批单透镜的中心像点出现时，记录红外显微物镜6的移动距离Ln和各个像点的坐标及其相对应的单透镜行列位置坐标，记录表示为n-D(x，y) (X，Y)。依次由近及远地移动红外显微物镜6即可得到全部单透镜参数。例如，2-D(3，8) (11.11，16.12)表示为第3行第8列的单透镜的焦距在第2批测得，焦距为L0+L2+△L(△L为光轴偏斜量带来的增量，L2为第2批单透镜的中心像点出现时，记录红外显微物镜6的移动距离Ln＝L2)，11.11和16.1分别为此单透镜的X轴和Y轴的实际坐标，通过比对计算机标定的基准坐标即可算出此单透镜的光轴偏移量和光轴偏斜量，即算得各个单透镜的面型参数。
具体实施方式四：如图3和图6所示，本实施方式是对具体实施方式一中的复眼透镜与靶标的校装做出的进一步说明。
所述复眼透镜与靶标的校装分为基准的确定和高分辨率的调整，由光源与靶标组件1、复眼透镜阵列3、高精度线性移动平台4、探测器5和计算机构成的复眼透镜与靶标的校装系统实现。所述光源与靶标组件1通过工装件固定于高精度线性移动平台4(分辨率达0.023μm)的台体上，复眼透镜矩阵3通过工装件固定于高精度线性移动平台4的载物平台上，光源与靶标组件1的红外窗口对照复眼透镜阵列3，光源与靶标组件1的中心光轴、复眼透镜阵列3的中心光轴和探测器5的镜头光轴重合，探测器5的探测窗口正对复眼透镜阵列3，通过光源与靶标组件1的光学窗口射出的红外光依次通过复眼透镜阵列3、探测器5的镜头，装配关系如图6所示。所述基准的确定首先在靶标透镜2和复眼透镜阵列3上标记确定基准，以基准相互定位，实现单透镜与相应补偿靶标的粗对准。所述高分辨率的调整通过计算机控制高精度线性移动平台4微调复眼透镜阵列3至光源与靶标组件1的距离实现，完成各个单透镜像点与各自相对应靶标图样的高精度重合，复眼透镜阵列3合成靶标图像信息由探测器5采集并输入计算机显示。
调节靶标窗口和复眼透镜窗口平行，并使得靶标和相对应的单透镜光轴重合，调节靶标外表面至复眼透镜平面距离为L0，实现单透镜与相应补偿靶标的粗对准，再通过调节高精度线性移动平台4进行精对准，当探测器5显示清晰的靶标图像‘F’时即为复眼透镜矩阵3的各个单透镜的焦点和各自相对应的靶标重合(如图3所示)，也说明了参数补偿修正后的靶标弥补了复眼透镜面型之间参数的误差。

Claims (7)

1.一种基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
步骤一、复眼透镜矩阵的单透镜面型参数检测：
调节复眼透镜矩阵至红外显微物镜的距离依次筛分并检测出相对应的单透镜的像点形态参数；
步骤二、靶标透镜的光刻参数补偿：
根据单透镜的焦距值计算对应靶标的加工尺寸，根据单透镜的像面位置坐标确定对应靶标的加工坐标，根据光轴偏斜量确定靶标形态，并据此开展胶片的光刻加工；
步骤三、复眼透镜与靶标的校装：
在靶标和复眼透镜阵列上标记确定基准，以基准相互定位，实现单透镜与相应补偿靶标的粗对准，再通过高分辨率二维调整机构进行微对准，保证单透镜光轴与靶标‘F’字中心的高精度对应。
2.根据权利要求1所述的基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法，其特征在于所述像点形态参数包括单透镜的像点坐标、单透镜的光轴偏斜量、单透镜的光轴偏移量和单透镜焦距。
3.根据权利要求1所述的基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法，其特征在于所述复眼透镜阵列由数个单透镜呈矩形阵列形式组合构成。
4.根据权利要求1所述的基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法，其特征在于所述复眼透镜阵列的厚度为2mm，每个单透镜的直径为3mm。
5.根据权利要求1、3或4所述的基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法，其特征在于所述单透镜为圆形非球面结构。
6.根据权利要求1所述的基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法，其特征在于所述复眼透镜的单透镜面型参数检测由复眼透镜阵列、高精度线性移动平台、红外显微物镜、探测器、红外平行光管和计算机构成的单透镜面型检测系统完成，所述复眼透镜阵列通过工装件固定于实验台上，红外显微物镜通过工装件固定于高精度线性移动平台上，高精度线性移动平台与实验台相对静止，红外平行光管的光轴、复眼透镜阵列的中心光轴、红外显微物镜的光轴、探测器的镜头光轴重合，探测器的探测窗口正对红外显微物镜，通过红外平行光管的光学窗口射出的红外光依次通过复眼透镜阵列、红外显微物镜、探测器的镜头。
7.根据权利要求1所述的基于显微成像微透镜参数检测的复眼成像调校方法，其特征在于所述复眼透镜与靶标的校装由光源与靶标组件、复眼透镜阵列、高精度线性移动平台、探测器和计算机构成的复眼透镜与靶标的校装系统实现，所述光源与靶标组件通过工装件固定于高精度线性移动平台的台体上，复眼透镜矩阵通过工装件固定于高精度线性移动平台的载物平台上，光源与靶标组件的红外窗口对照复眼透镜阵列，光源与靶标组件的中心光轴、复眼透镜阵列的中心光轴和探测器的镜头光轴重合，探测器的探测窗口正对复眼透镜阵列，通过光源与靶标组件的光学窗口射出的红外光依次通过复眼透镜阵列、探测器的镜头。
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