CN115542521A - 大视场成像物镜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种大视场成像物镜，采用沿光束入射方向依次由光焦度为正、正、负、正的透镜组组成的双远心光学结构，物镜总长≤1100mm，适用于450‑650nm的宽光谱，放大倍率为‑20x，物方的数值孔径NA≤0.45，物方视场的直径为4.1mm。本发明提供的成像物镜具有大孔径、大视场，提升物镜的分辨率，增加产率，且成像物镜具有大数值孔径角及较小的景深范围，可用于晶圆表面不同图案的检测，对于凹坑边缘成像更锐利，满足新工艺下晶圆缺陷检测需求。
Description
技术领域
本发明涉及成像技术领域，尤其涉及一种大视场成像物镜。
背景技术
随着工业技术的发展，在生物、遗传、医疗、工业等检测领域，对检测精度、检测速度、检测尺寸的要求不断提高，所以对自动光学检测(AOI)设备及成像物镜的要求也越来越高，尤其是能够满足大工件、大视场、无畸变精密检测需求的成像物镜，从设计和制造上来说，都是非常困难的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大视场成像物镜，以实现大孔径、大视场、双远心系统的像差校正，提升物镜的分辨率，增加产率。
为达到上述目的，本发明提供一种大视场成像物镜，包括：沿光束入射方向依次设置有第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3及第四透镜组G4，其中，所述第一透镜组G1用于会聚大角度光束；所述第二透镜组G2用于对成像物镜的像差进行校正；所述第三透镜组G3用于对所述第一透镜组G1和所述第二透镜组G2所成的实像放大成虚像，实现高倍率，同时用于校正场曲；所述第四透镜组G4用于实现对由所述第三透镜组G3生成的虚像成实像。
可选的，所述第一透镜组G1、所述第二透镜组G2及所述第四透镜组G4具有正光焦度，所述第三透镜组G3具有负光焦度。
可选的，所述第一透镜组G1、所述第二透镜组G2、所述第三透镜组G3及所述第四透镜组G4满足以下关系式：
0.1<|f1/f2|<0.5
3<|f2/f3|<8
0.1<|f3/f4|<0.5
0.1<|f1/f4|<1
其中，f1为所述第一透镜组G1的焦距，f2为所述第二透镜组G2的焦距，f3为所述第三透镜组G3的焦距，f4为所述第四透镜组G4的焦距。
可选的，所述第一透镜组G1至少由2片透镜构成，其中包括2片正透镜；
所述第二透镜组G2至少由7片透镜构成，其中至少包括两个双胶合透镜或一个三胶合透镜组；
所述第三透镜组G3至少由2片透镜构成，其中包括2片负透镜；
所述第四透镜组G4至少由2片透镜构成，其中包括2片正透镜；
其中，除两个所述双胶合透镜组和所述三胶合透镜组以外，其余透镜均为球面单透镜。
可选的，所述第一透镜组G1由2片透镜构成，沿光束入射方向依次为正透镜L1、正透镜L2；
所述第二透镜组G2由9片透镜构成，沿光束入射方向依次为正透镜L3、透镜L4与透镜L5组成的具有负光焦度的双胶合透镜组G2-1、正透镜L6、负透镜L7、透镜L8与透镜L9组成的具有负光焦度的双胶合透镜组G2-2及透镜L10与透镜L11组成的具有正光焦度的双胶合透镜组G2-3；
所述第三透镜组G3由3片透镜构成，沿光束入射方向依次为由透镜L12与透镜L13组成的具有正光焦度的双胶合透镜组G3-1及负透镜L14；
所述第四透镜组G4由3片透镜构成，沿光束入射方向依次为负透镜L15、正透镜L16及正透镜L17。
可选的，所述透镜L4和所述透镜L8为负透镜，所述透镜L5、所述透镜L9及所述透镜L10为正透镜，所述透镜L11为正透镜或负透镜，所述透镜L12为正透镜或负透镜，所述透镜L13为正透镜。
可选的，所述第一透镜组G1中至少两个正透镜采用火石玻璃材料制成；
所述第二透镜组G2中，所述双胶合透镜组中的负透镜均采用火石玻璃材料制成，所述双胶合透镜组中的正透镜均采用冕牌玻璃材料制成，或所述双胶合透镜组中两个透镜均采用冕牌玻璃材料制成；
所述第三透镜组G3中至少一个正透镜采用冕牌玻璃材料制成；
所述第四透镜组G4中至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成。
可选的，所述第一透镜组G1由2片透镜构成，沿光束入射方向依次为正透镜L1、正透镜L2；
所述第二透镜组G2由11片透镜构成，沿光束入射方向依次为正透镜L3、透镜L4、透镜L5及透镜L6组成的具有负光焦度的三胶合透镜组G2-1、透镜L7及透镜L8组成的具有正光焦度的双胶合透镜组G2-2、负透镜L9、负透镜L10与正透镜L11组成的具有正光焦度的双胶合透镜组G2-3及透镜L12与透镜L13组成的具有正光焦度的双胶合透镜组G2-4；
所述第三透镜组由4片透镜构成，沿光束入射方向依次为透镜L14与透镜L15组成的具有负光焦度的双胶合透镜组G3-1、负透镜L16及负透镜L17；
所述第四透镜组由3片透镜构成，沿光束入射方向依次为负透镜L18、正透镜L19和正透镜L20。
可选的，所述透镜L4、所述透镜L6及所述透镜L14为负透镜，所述透镜L5、所述透镜L7、所述透镜L11、所述透镜L12及所述透镜L15为正透镜，所述透镜L8为正透镜或负透镜、所述透镜L10为正透镜或负透镜，所述透镜L13为正透镜或负透镜。
可选的，所述第一透镜组G1中至少两个正透镜采用火石玻璃材料制成；
所述第二透镜组G2中，所述双胶合透镜组中的负透镜均采用火石玻璃材料制成，所述双胶合透镜组中的正透镜均采用冕牌玻璃材料制成，或所述双胶合透镜组中两个透镜均采用冕牌玻璃材料制成，所述三胶合透镜组至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成；
所述第三透镜组G3中至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成；
所述第四透镜组G4中至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成。
可选的，所述第一透镜组G1与所述第二透镜组G2之间依次设置有照明分光棱镜、光阑。
可选的，所述大视场成像物镜的物方工作距>45mm，畸变小于0.5％。
可选的，所述大视场成像物镜的镜头总长小于1100mm，物方数值孔径NA小于或等于0.45，放大倍率为-20x。
可选的，所物方视场的直径为4.1mm。
可选的，所述大视场成像物镜适用于450-650nm的光谱。
综上，本发明提供的大视场成像物镜，采用沿光束入射方向依次由光焦度为正、正、负、正的透镜组组成的双远心光学结构，物镜总长≤1100mm，适用于450-650nm的宽光谱，放大倍率为-20x，物方的数值孔径NA≤0.45，物方视场的直径为4.1mm。本发明提供的成像物镜具有大孔径、大视场，提升物镜的分辨率，增加产率，且成像物镜具有大数值孔径角及较小的景深范围，可用于晶圆表面不同图案的检测，对于凹坑边缘成像更锐利，满足新工艺下晶圆缺陷检测需求。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的大视场成像物镜的光学结构图；
图2为本发明一实施例所提供的成像物镜光学系统的传递函数(MTF)图；
图3为本发明一实施例成像物镜的像散和畸变图；
图4为本发明另一实施例提供的大视场成像物镜的光学结构图；
图5为本发明另一实施例所提供的成像物镜光学系统的传递函数(MTF)图；
图6为本发明另一实施例成像物镜的像散和畸变图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的大视场成像物镜作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本发明的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本发明技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换，例如可使得本文所述的本发明实施例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说明更为清楚，本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。
本发明提供一种大视场成像物镜，包括：沿光束入射方向依次置有具有正光焦度的第一透镜组G1、照明分光棱镜R、光阑STOP、具有正光焦度的第二透镜组G2、具有负光焦度的第三透镜组G3及具有正光焦度的第四透镜组G4，其中，所述第一透镜组G1、所述第二透镜组G2、所述第三透镜组G3及所述第四透镜组G4满足以下关系式：
0.1<|f1/f2|<0.5
3<|f2/f3|<8
0.1<|f3/f4|<0.5
0.1<|f1/f4|<1
其中，f1为所述第一透镜组G1的焦距，f2为所述第二透镜组G2的焦距，f3为所述第三透镜组G3的焦距，f4为所述第四透镜组G4的焦距。
本发明中所述第一透镜组G1、所述第二透镜组G2、所述第三透镜组G3及所述第四透镜组G4构成一个物方、像方双远心光路，成像物镜的光阑STOP在第一透镜组G1与第二透镜组G2之间，照明分光棱镜R在第一镜组G1和光阑STOP之间，可以通过调节光阑STOP的尺寸来调节物镜有效通光口径，即可以通过调节光阑STOP来调节物镜的数值孔径，以适应不同的相干照明或非相干照明应用场景。其中，物方各视场的主光线近似平行于光轴入射在第一透镜的前表面上；在物方，物面上的各视场的主光线平行于光轴入射到第一光学元件上，主光线与光轴的夹角小于5mrad；在像方，各视场点的主光线近似平行于光轴出射，成像在像面上，其与光轴的夹角小于2mrad。
本发明提供的成像物镜为大视场、大孔径、高分辨率、可见光宽光谱的成像物镜。物镜总长不超过1100mm，适用于450-650nm的宽光谱，放大倍率为-20x，物方的数值孔径NA小于或者等于0.45，物方视场尺寸为直径4.1mm。
其中，所述第一透镜组G1位于照明分光棱镜R前，用于将大角度光束会聚为以较小的入射角度进入照明分光棱镜R，所述第一透镜组G1至少由2片透镜构成，其中包括2片正透镜。
所述第二透镜组G2位于光阑面后，用于对光学系统的像差进行校正，包括球差、彗差、色差，所述第二透镜组G2至少由7片透镜构成，其中至少包括两个双胶合透镜或一个三胶合透镜组。
第三透镜组G3与第二透镜组G2具有较长的空气间隔，用于对前透镜组所成的实像放大成虚像，实现高倍率，同时用于校正场曲，所述第三透镜组G3至少由2片透镜构成，其中包括2片负透镜。
所述第四透镜组G4位于成像面之前，实现对由第三透镜组G3生成的虚像成实像，所述第四透镜组G4至少由2片透镜构成，其中包括2片正透镜。
以上除所述双胶合透镜组和所述三胶合透镜组以外，其余透镜均为球面单透镜。
光学材料一般按照折射率和阿贝数的大小可分为两类：A类火石玻璃材料：高折射率材料低阿贝数，也就是折射率大于1.52且阿贝数小于60；B类冕牌玻璃材料：低折射率材料高阿贝数，也就是折射率小于1.52且阿贝数大于60。具体在本发明中，所述第一透镜组G1中至少一个正透镜采用火石玻璃材料制成；所述第二透镜组G2中，所述双胶合透镜组中的负透镜均采用火石玻璃材料制成，所述双胶合透镜组中的正透镜均采用冕牌玻璃材料制成，或所述双胶合透镜组中两个透镜均采用冕牌玻璃材料制成，所述三胶合透镜组至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成；所述第三透镜组G3中至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成；所述第四透镜组G4中至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成。
实施例一
图1为本实施例提供的大视场成像物镜的光学结构图，参考图1所示，本发明提供的大视场成像物镜包括：沿光束入射方向(从物面OBJ至像面IMA)依次置有有正光焦度的第一透镜组G1、照明分光棱镜、光阑、具有正光焦度的第二透镜组G2、具有负光焦度的第三透镜组G3及具有正光焦度的第四透镜组G4，其中，所述第一透镜组G1、所述第二透镜组G2、所述第三透镜组G3及所述第四透镜组G4满足以下关系式：
0.1<|f1/f2|<0.5
3<|f2/f3|<8
0.1<|f3/f4|<0.5
0.1<|f1/f4|<1
其中，f1为所述第一透镜组G1的焦距，f2为所述第二透镜组G2的焦距，f3为所述第三透镜组G3的焦距，f4为所述第四透镜组G4的焦距。
具体的，所述第一透镜组G1由2片透镜构成，沿光束入射方向依次为正透镜L1及正透镜L2，其中，所述正透镜L1为弯月正透镜，所述正透镜L2为双凸正透镜。
所述第二透镜组G2由9片透镜构成，沿光束入射方向依次为正透镜L3、透镜L4与透镜L5组成的具有负光焦度的双胶合透镜组G2-1、正透镜L6、负透镜L7、透镜L8与透镜L9组成的具有负光焦度的双胶合透镜组G2-2及透镜L10与透镜L11组成具有正光焦度的双胶合透镜组G2-3，其中，所述透镜L4和所述透镜L8为负透镜，所述透镜L5、所述透镜L9及所述透镜L10为正透镜，所述透镜L11为正透镜或负透镜。示例性的，所述正透镜L3为平凸正透镜，所述透镜L4为双凹负透镜，所述透镜L5为弯月正透镜，所述正透镜L6为双凸正透镜，所述负透镜L7为平凹负透镜，所述透镜L8为平凹负透镜，所述透镜L9为双凸正透镜，所述透镜L10为双凸正透镜，所述透镜L11为平凹负透镜或双凹负透镜。
所述第三透镜组G3由3片透镜构成，沿光束入射方向依次为由透镜L12与透镜L13组成的具有正光焦度的双胶合透镜组G3-1及负透镜L14，其中，所述透镜L12为正透镜或负透镜，所述透镜L13为正透镜。示例性的，所述透镜L12为平凹负透镜，所述正透镜L3为弯月正透镜或双凸正透镜，所述负透镜L14为双凹负透镜。
所述第四透镜组G4由2片透镜构成，沿光束入射方向依次为负透镜L15、正透镜L16及正透镜L17，其中，所述负透镜L15为平凹负透镜，所述正透镜L16为弯月正透镜，所述正透镜L17为双凸正透镜。
所述第一透镜组G1中至少两个正透镜采用火石玻璃材料制成；所述第二透镜组G2中三个双胶合透镜组中的负透镜均采用火石玻璃材料制成，所述第二透镜组G2中三个双胶合透镜组中的正透镜均采用冕牌玻璃材料制成，采用两个均由正光焦度的冕牌玻璃和负光焦度的火石玻璃组成的消色差胶合透镜组，可有效校正宽波谱带来的色差，可选的，所述双胶合透镜组为两个正透镜时，也可均采用冕牌玻璃材料制成；所述第三透镜组G3中至少一个正透镜采用冕牌玻璃材料制成；所述第四透镜组G4中至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成。
本实施例中，所述第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3及第四透镜组G4构成一个物方、像方双远心光路。物方各视场的主光线近似平行于光轴入射在第一透镜(弯月正透镜L1)的前表面上，在物方，物面(OBJ)上的各视场的主光线平行于光轴入射到第一透镜(弯月正透镜L1)上，主光线与光轴的夹角小于5mrad；在像方，各视场点的主光线近似平行于光轴出射，成像在像面(IMA)上，其与光轴的夹角小于2mrad，即物方、像方均具有较小的远心度。
本实施例提供的大视场成像物镜中，物方工作距大于45mm，能够满足物镜应用场景的其他组件对工作距的需求。物镜总长小于或等于1100mm，适用于450-650nm的宽光谱放大倍率为-20x，物方的数值孔径NA小于或等于0.45，物方视场的直径4.1mm，在相同的接近衍射极限的像质要求下，在显微成像镜头类中，能够做到更长工作距，更大视场范围，以满足系统的空间需求，且可有效实现大孔径、大倍率、双远心系统的像差校正。
本实施例提供的成像物镜包含18个光学元件，其中，照明分光棱镜R在第一镜组G1和光阑STOP之间，主要用于明场照明分光。除照明分光棱镜R外，剩余的17片光学元件中有四个双胶合镜组，其他为球面单透镜。
具体的，表1给出了本实施例提供的成像物镜具体设计值，其中，半径栏表示镜片的曲率半径，正的半径代表镜片曲率中心在表面的右边，负的半径代表镜片曲率中心在表面左边，Infinity代表此表面为平面。表中OBJ代表物面，STOP代表孔径光阑，IMA代表像面，表面序号从光线入射端开始对表面的计数。各个镜片之间的填充气体为空气。材料栏中的数值是指镜片为虚拟材料，数值代表折射率和阿贝数，“air”代表镜片与镜片间的空气间隔，填充气体为空气。表中厚度/间隔栏代表空气间隔或镜片厚度，镜片厚度或两个镜片的间隔均是指此表面到下个表面的轴上距离，所有尺寸单位都是毫米(mm)。
上各镜片的具体参数在实际操作中，可根据数值孔径的大小做调整及优化，以满足不同的系统参数要求。具体的，基于当前实施例，若工作距较小，物镜可满足更大视场和更大孔径的设计要求，且可降低物镜总长；若视场减小，可满足更大孔径，更高分辨率的设计要求；若孔径减小，则可满足更高视场范围的设计要求。即本实施例提供的成像物镜的光学结构能够适应多种参数的应用需求。
图2为本实施例所提供的成像物镜光学系统的传递函数(MTF)图，横坐标为空间频率坐标，纵坐标为传递函数MTF值。由图2可知，本实施例提供的成像物镜的各视场均接近衍射极限，说明物镜的波像差被很好的校正。
图3为本实施例成像物镜的像散和畸变图，从图中可以看出各物方视场点的畸变小于0.03％，场曲、像散也被校正在很小的范围。
另外，本实施例提供的成像物镜的分辨率为MTF>0.42@37lp/mm。景深为：+/-2.25um,MTF>0.2@37lp/mm，镜头总长小于1100mm。本发明提供的物镜适用于450-650nm的宽光谱范围。
实施例二
图4为本实施例提供的大视场成像物镜的光学结构图，参考图4所示，本发明提供的大视场成像物镜包括：沿光束入射方向(从物面Object至像面IMA)依次置有正光焦度的第一透镜组G1、照明分光棱镜R、光阑STOP、具有正光焦度的第二透镜组G2、具有负光焦度的第三透镜组G3及具有正光焦度的第四透镜组G4，其中，所述第一透镜组G1、所述第二透镜组G2、所述第三透镜组G3及所述第四透镜组G4满足以下关系式：
0.1<|f1/f2|<0.5
3<|f2/f3|<8
0.1<|f3/f4|<0.5
0.1<|f1/f4|<1
其中，f1为所述第一透镜组G1的焦距，f2为所述第二透镜组G2的焦距，f3为所述第三透镜组G3的焦距，f4为所述第四透镜组G4的焦距。
具体的，所述第一透镜组G1由2片透镜构成，沿光束入射方向依次为正透镜L1及正透镜L2，示例性的，所述正透镜L1为弯月正透镜，所述正透镜L2为双凸正透镜。
所述第二透镜组G2由11片透镜构成，沿光束入射方向依次为正透镜L3、透镜L4、透镜L5及透镜L6组成的具有负光焦度的三胶合透镜组G2-1、透镜L7及透镜L8组成的具有正光焦度的双胶合透镜组G2-2、负透镜L9、负透镜L10与正透镜L11组成的具有正光焦度的双胶合透镜组G2-3及透镜L12与透镜L13组成的具有正光焦度的双胶合透镜组G2-4，其中，所述透镜L4和所述透镜L6为负透镜，所述透镜L5、所述透镜L7、所述透镜L11及所述透镜L12为正透镜，所述透镜L8为正透镜或负透镜、所述透镜L10为正透镜或负透镜，所述透镜L13为正透镜或负透镜。示例性的，所述正透镜L3为平凸正透镜，所述透镜L4、所述透镜L6及所述透镜L13为双凹负透镜，所述透镜L5为双凸正透镜，所述透镜L7、所述透镜L11及所述透镜L12为双凸正透镜，所述透镜L8、所述透镜L10为弯月负透镜，所述负透镜L9为弯月负透镜。
所述第三透镜组由4片透镜构成，沿光束入射方向依次为由透镜L14与透镜L15组成的具有负光焦度的双胶合透镜组G3-1、负透镜L16及负透镜L17，其中，所述透镜L14为负透镜，所述透镜L15为正透镜。示例性的，所述透镜L14为双凹凸透镜，所述透镜L15为双凸正透镜，所述负透镜L16为弯月负透镜，所述负透镜L17为双凹凸透镜。
所述第四透镜组由3片透镜构成，沿光束入射方向依次为负透镜L18、正透镜L19和正透镜L20，示例性的，所述负透镜L18为平凹负透镜，所述正透镜L19为弯月正透镜，所述正透镜L20为双凸正透镜。
所述第一透镜组G1中至少两个正透镜采用火石玻璃材料制成；所述第二透镜组G2中三胶合透镜组至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成，所述第二透镜组G2中所述双胶合透镜组中的负透镜均采用火石玻璃材料制成，正透镜均采用冕牌玻璃材料制成，或第二透镜组G2中所述双胶合透镜组中两个透镜均采用火石玻璃材料制成；所述第三透镜组G3中至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成；所述第四透镜组G4中至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成。
本实施例中，所述第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3及第四透镜组G4构成一个物方、像方双远心光路。物方各视场的主光线近似平行于光轴入射在第一透镜(弯月正透镜L1)的前表面上，在物方，物面(OBJ)上的各视场的主光线平行于光轴入射到第一透镜(弯月正透镜L1)上，主光线与光轴的夹角小于5mrad；在像方，各视场点的主光线近似平行于光轴出射，成像在像面(IMA)上，其与光轴的夹角小于2mrad，即物方、像方均具有较小的远心度。
本实施例提供的大视场成像物镜中，物方工作距大于45mm，能够满足物镜应用场景的其他组件对工作距的需求。物镜总长小于或等于1100mm，适用于450-650nm的宽光谱放大倍率为-20x，物方的数值孔径NA小于或等于0.45，物方视场的直径4.1mm，在相同的接近衍射极限的像质要求下，在显微成像镜头类中，能够做到更长工作距，更大视场范围，以满足系统的空间需求，且可有效实现大孔径、大倍率、双远心系统的像差校正。
本实施例提供的成像物镜包含21个光学元件，其中，照明分光棱镜R在第一镜组G1和光阑STOP之间，主要用于明场照明分光。除照明分光棱镜R外，剩余的20片光学元件中有四个双胶合镜组，其他为球面单透镜。
具体的，表1给出了本实施例提供的成像物镜具体设计值，其中，半径栏表示镜片的曲率半径，正的半径代表镜片曲率中心在表面的右边，负的半径代表镜片曲率中心在表面左边，Infinity代表此表面为平面。表中OBJ代表物面，STOP代表孔径光阑，IMA代表像面，表面序号从光线入射端开始对表面的计数。各个镜片之间的填充气体为空气。材料栏中的数值是指镜片为虚拟材料，数值代表折射率和阿贝数，“air”代表镜片与镜片间的空气间隔，填充气体为空气。表中厚度/间隔栏代表空气间隔或镜片厚度，镜片厚度或两个镜片的间隔均是指此表面到下个表面的轴上距离，所有尺寸单位都是毫米(mm)。
上各镜片的具体参数在实际操作中，可根据数值孔径的大小做调整及优化，以满足不同的系统参数要求。具体的，基于当前实施例，若工作距较小，物镜可满足更大视场和更大孔径的设计要求，且可降低物镜总长；若视场减小，可满足更大孔径，更高分辨率的设计要求；若孔径减小，则可满足更高视场范围的设计要求。即本实施例提供的成像物镜的光学结构能够适应多种参数的应用需求。
图5为本实施例所提供的成像物镜光学系统的传递函数(MTF)图，横坐标为空间频率坐标，纵坐标为传递函数MTF值。由图5可知，本实施例提供的成像物镜的各视场均接近衍射极限，说明物镜的波像差被很好的校正。
图6为本实施例成像物镜的像散和畸变图，从图中可以看出各物方视场点的畸变小于0.05％，场曲、像散也被校正在很小的范围。
另外，本实施例提供的成像物镜的分辨率为MTF>0.42@37lp/mm。景深为：+/-2.25um,MTF>0.2@37lp/mm，镜头总长小于1100mm。本发明提供的物镜适用于450-650nm的宽光谱范围。
综上所述，本发明提供的大视场成像物镜，采用沿光束入射方向依次由光焦度为正、正、负、正的透镜组组成的双远心光学结构，物镜总长≤1100mm，适用于450-650nm的宽光谱，放大倍率为-20x，物方的数值孔径NA≤0.45，物方视场的直径为4.1mm。本发明提供的成像物镜具有大孔径、大视场，提升物镜的分辨率，增加产率，且成像物镜具有大数值孔径角及较小的景深范围，可用于晶圆表面不同图案的检测，对于凹坑边缘成像更锐利，满足新工艺下晶圆缺陷检测需求。
Claims (15)
1.一种大视场成像物镜，其特征在于，包括：沿光束入射方向依次设置有第一透镜组G1、第二透镜组G2、第三透镜组G3及第四透镜组G4，其中，所述第一透镜组G1用于会聚大角度光束；所述第二透镜组G2用于对成像物镜的像差进行校正；所述第三透镜组G3用于对所述第一透镜组G1和所述第二透镜组G2所成的实像放大成虚像，实现高倍率，同时用于校正场曲；所述第四透镜组G4用于实现对由所述第三透镜组G3生成的虚像成实像。
2.根据权利要求1所述的大视场成像物镜，其特征在于，所述第一透镜组G1、所述第二透镜组G2及所述第四透镜组G4具有正光焦度，所述第三透镜组G3具有负光焦度。
3.根据权利要求2所述的大视场成像物镜，其特征在于，所述第一透镜组G1、所述第二透镜组G2、所述第三透镜组G3及所述第四透镜组G4满足以下关系式：
0.1<|f1/f2|<0.5
3<|f2/f3|<8
0.1<|f3/f4|<0.5
0.1<|f1/f4|<1
其中，f1为所述第一透镜组G1的焦距，f2为所述第二透镜组G2的焦距，f3为所述第三透镜组G3的焦距，f4为所述第四透镜组G4的焦距。
4.根据权利要求3所述的大视场成像物镜，其特征在于，
所述第一透镜组G1至少由2片透镜构成，其中包括2片正透镜；
所述第二透镜组G2至少由7片透镜构成，其中至少包括两个双胶合透镜或一个三胶合透镜组；
所述第三透镜组G3至少由2片透镜构成，其中包括2片负透镜；
所述第四透镜组G4至少由2片透镜构成，其中包括2片正透镜；
其中，除两个所述双胶合透镜组和所述三胶合透镜组以外，其余透镜均为球面单透镜。
5.根据权利要求4所述的大视场成像物镜，其特征在于，
所述第一透镜组G1由2片透镜构成，沿光束入射方向依次为正透镜L1、正透镜L2；
所述第二透镜组G2由9片透镜构成，沿光束入射方向依次为正透镜L3、透镜L4与透镜L5组成的具有负光焦度的双胶合透镜组G2-1、正透镜L6、负透镜L7、透镜L8与透镜L9组成的具有负光焦度的双胶合透镜组G2-2及透镜L10与透镜L11组成的具有正光焦度的双胶合透镜组G2-3；
所述第三透镜组G3由3片透镜构成，沿光束入射方向依次为由透镜L12与透镜L13组成的具有正光焦度的双胶合透镜组G3-1及负透镜L14；
所述第四透镜组G4由3片透镜构成，沿光束入射方向依次为负透镜L15、正透镜L16及正透镜L17。
6.根据权利要求5所述的大视场成像物镜，其特征在于，
所述透镜L4和所述透镜L8为负透镜，所述透镜L5、所述透镜L9及所述透镜L10为正透镜，所述透镜L11为正透镜或负透镜，所述透镜L12为正透镜或负透镜，所述透镜L13为正透镜。
7.根据权利要求6所述的大视场成像物镜，其特征在于，
所述第一透镜组G1中至少两个正透镜采用火石玻璃材料制成；
所述第二透镜组G2中，所述双胶合透镜组中的负透镜均采用火石玻璃材料制成，所述双胶合透镜组中的正透镜均采用冕牌玻璃材料制成，或所述双胶合透镜组中两个透镜均采用冕牌玻璃材料制成；
所述第三透镜组G3中至少一个正透镜采用冕牌玻璃材料制成；
所述第四透镜组G4中至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成。
8.根据权利要求4所述的大视场成像物镜，其特征在于，
所述第一透镜组G1由2片透镜构成，沿光束入射方向依次为正透镜L1、正透镜L2；
所述第二透镜组G2由11片透镜构成，沿光束入射方向依次为正透镜L3、透镜L4、透镜L5及透镜L6组成的具有负光焦度的三胶合透镜组G2-1、透镜L7及透镜L8组成的具有正光焦度的双胶合透镜组G2-2、负透镜L9、负透镜L10与正透镜L11组成的具有正光焦度的双胶合透镜组G2-3及透镜L12与透镜L13组成的具有正光焦度的双胶合透镜组G2-4；
所述第三透镜组由4片透镜构成，沿光束入射方向依次为透镜L14与透镜L15组成的具有负光焦度的双胶合透镜组G3-1、负透镜L16及负透镜L17；
所述第四透镜组由3片透镜构成，沿光束入射方向依次为负透镜L18、正透镜L19和正透镜L20。
9.根据权利要求8所述的大视场成像物镜，其特征在于，
所述透镜L4、所述透镜L6及所述透镜L14为负透镜，所述透镜L5、所述透镜L7、所述透镜L11、所述透镜L12及所述透镜L15为正透镜，所述透镜L8为正透镜或负透镜、所述透镜L10为正透镜或负透镜，所述透镜L13为正透镜或负透镜。
10.根据权利要求9所述的大视场成像物镜，其特征在于，
所述第一透镜组G1中至少两个正透镜采用火石玻璃材料制成；
所述第二透镜组G2中，所述双胶合透镜组中的负透镜均采用火石玻璃材料制成，所述双胶合透镜组中的正透镜均采用冕牌玻璃材料制成，或所述双胶合透镜组中两个透镜均采用冕牌玻璃材料制成，所述三胶合透镜组至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成；
所述第三透镜组G3中至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成；
所述第四透镜组G4中至少一个负透镜采用火石玻璃材料制成。
11.根据权利要求1所述的大视场成像物镜，其特征在于，所述第一透镜组G1与所述第二透镜组G2之间依次设置有照明分光棱镜、光阑。
12.根据权利要求1所述的大视场成像物镜，其特征在于，所述大视场成像物镜的物方工作距>45mm，畸变小于0.5％。
13.根据权利要求1所述的大视场成像物镜，其特征在于，所述大视场成像物镜的镜头总长小于1100mm，物方数值孔径NA小于或等于0.45，放大倍率为-20x。
14.根据权利要求1所述的大视场成像物镜，其特征在于，所物方视场的直径为4.1mm。
15.根据权利要求1所述的大视场成像物镜，其特征在于，所述大视场成像物镜适用于450-650nm的光谱。
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- 2021-06-30 CN CN202110736674.8A patent/CN115542521A/zh active Pending
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