SU1359764A1

SU1359764A1 - Interference lens

Info

Publication number: SU1359764A1
Application number: SU864066127A
Authority: SU
Inventors: Изабелла Яковлевна Карасева
Original assignee: Предприятие П/Я А-1742
Priority date: 1986-05-12
Filing date: 1986-05-12
Publication date: 1987-12-15

Abstract

Изобретение относитс к оптическому приборостроению и позвол ет расширить спектральный диапазон, увеличить поле зрени и упростить конструкцию устр-ва. В объективе после светоделительной пластинки 1 размещены положительный 2 и отрицательный 3 мениски обращенные вогнутостью к предмету, а также дво ковогнута отрицательна 4 и дво ковыпукла положительна 5 линзы. Выполнение линз 2-5 из материала с показателем преломлени не менее 1,7 позвол ет скоррегировать хроматические аберрации положени и увеличени практически дл всей видимой области спектра. Толщина пластины 1 составл ет 0,2- 0,4 фокусного рассто ни объектива. Размещение пластины 1 в плоскости предмета способствует созданию особой многолучевой интерференции высокого контраста. 1 ил. со СП СО О5 The invention relates to an optical instrument making and allows to expand the spectral range, increase the field of view and simplify the design of the device. In the lens after the beam-splitting plate 1 there are positive 2 and negative 3 menisci facing the object with concavity, as well as double twisted negative 4 and two double convex positive lenses. Making lenses 2-5 from a material with a refractive index of at least 1.7 allows you to adjust the chromatic aberrations of the position and magnification for almost the entire visible spectrum. The thickness of the plate 1 is between 0.2 and 0.4 lens focal length. Placing the plate 1 in the plane of the object contributes to the creation of a special multipath interference of high contrast. 1 il. with JV CO O5

Description

Изобретение относитс к оптическому приборостроению, а именно к интерференционным объективам, и может быть использовано в измерительной, фото- и кинотехнике, в частности в многолучевых интерферометрах и приборах с широкой областью спектра.The invention relates to optical instrumentation, in particular to interference lenses, and can be used in measuring, photo and film technology, in particular in multipath interferometers and instruments with a wide spectral range.

Целью изобретени вл етс расширение спектрального диапазона, увеличение пол зрени и упрощени конструкции.The aim of the invention is to expand the spectral range, increase the field of view and simplify the design.

На чертеже изображена принципиальна оптическа -схема интерференционного объектива.The drawing shows a principal optical interference circuit diagram.

Объектив содержит п ть компонентов (1-5) и диафрагму 6, расположенную в задней фокальной плоскости объектива, вл ющуюс выходным зрачком объектива. Первый компонент выполнен в виде светоделительной пластины 1, перва поверхность которой размещена в плоскости предмета, второй и третий компоненты - в виде положительного 2 и отрицательного 3 менисков, обращенных вогнутостью к предмету, четвертый и п тый.- в виде дво ковогнутой отрицательной 4 и дво ковыпуклой положительной 5 линз.The lens contains five components (1-5) and aperture 6, located in the rear focal plane of the lens, which is the exit pupil of the lens. The first component is made in the form of a beam-splitting plate 1, the first surface of which is placed in the plane of the object, the second and third components in the form of a positive 2 and negative 3 menisci facing in with an object, fourth and fifth, in the form of two-bent negative 4 and two Convex positive 5 lenses.

Фокусные рассто ни второго 2, четвертого 4 и п того 5 компонентов составл ют 0,6-0,9 f , третьего 3 - 2,2-2,5 fpg толщины светоделительной пластины 15 толщины положительных компонентов 2 и 5 составл йт 0,2п / г оThe focal lengths of the second 2, the fourth 4 and the fifth 5 components are 0.6-0.9 f, the third 3 2.2-2.5 fpg thickness of the beam splitting plate 15 and the thickness of the positive components 2 and 5 is 0.2 p / g about

и,4 tog ТОЛ1ЦИНЫ отрицательных компонентов 3 и 4 - 0,08-0,1 fjg , вынос диафрагмы б от последней поверхности - 0,4 , где fgg - фокусное рассто ние объектива.and, 4 tog TOL1TSIN of negative components 3 and 4 - 0.08-0.1 fjg, the removal of the diaphragm b from the last surface is 0.4, where fgg is the focal length of the lens.

Пластина 1 выполнена из оптического кварцевого стекла, все линзы - из оптического бесцветного стекла с показател ми преломлени 1,7, но разными коэффициентами дисперсии, два из них в линзах 2 и 5 имеют особый ход частной отрицательной дисперсии. Кроме того, пластина 1 должна иметь высокий коэффициент отражени (более 0,9) дл высокоточных измерений.Plate 1 is made of optical quartz glass, all lenses are made of optical colorless glass with a refractive index of 1.7, but with different dispersion coefficients, two of which in lenses 2 and 5 have a special course of partial negative dispersion. In addition, plate 1 must have a high reflection coefficient (greater than 0.9) for high-precision measurements.

При работе с отражающими испытуемыми объектами расход щийс пучок лучей, идзпций из осветительной системы , собираетс линзами 2-5 объек- .тива на исследуемой поверхности. Нить источника белого света проектируетс в выходной зрачок объектива, расположенный в задней фокальнойWhen working with reflecting test objects, a diverging beam of light, out of the illumination system, is collected by lenses 2-5 of the object on the surface under study. The filament of the white light source is projected into the exit pupil of the lens, located in the rear focal

плоскости, благодар чему, объект освещен параллельным пучком лучей через объектив (5-1). Интерференционна часть находитс между первой поверхностью объектива, .н.а которой на- . несено светоделительное покрытие и объектом. Объект, обладающий зеркальным отражением или светоделительным покрытием, устанавливаетс перед объективом (1-5) как можно ближе к пластине 1 объектива и насколько возможно параллельно, т.е. должны остатьс только топографические углыdue to which the object is illuminated by a parallel beam of rays through the lens (5-1). The interference part is between the first surface of the lens, the foot of which is. worn beam splitting and object. An object having a mirror reflection or a beam-splitting coating is placed in front of the lens (1-5) as close as possible to the lens plate 1 and as parallel as possible, i.e. there should be only topographic angles

испытуемой поверхности. Интерференционна картина высокого контраста локализуетс в плоскости предмета. Изображение интерференционной картины непосредственно объективом проектируетс с увеличением на входную щель спектрального устройства, например монохроматора. С выходной щели монохроматора изображение интерференционной картины можно проектировать как в фокальную плоскость оку- л тор а винтового окул рного микрометра , так и на щель фотоэлектрического приемника с помощью простых проекционных объективов малого увеличени .the test surface. The interference pattern of high contrast is localized in the plane of the object. The image of the interference pattern directly by the lens is projected with an increase on the entrance slit of the spectral device, such as a monochromator. From the output slit of the monochromator, the image of the interference pattern can be projected both into the focal plane of the ocular a of the screw ocular micrometer and onto the slit of the photoelectric receiver using simple projection lenses of low magnification.

0 В результате размещени светоделительной пластины 1 в плоскости предмета , с одной стороны, выполн етс 0 As a result of placing the beam splitting plate 1 in the plane of the object, on the one hand,

одно из необходимейших условий дл создани особой многолучевой интер-One of the most necessary conditions for creating a special multipath

35 ференции высокого контраста благодар увеличению количества интерфери- рук)щих лучей, минимальному фазовому запаздыванию. С другой стороны, такое размещение пластины 1 дает воз-35 high contrast due to an increase in the number of interfering rays, minimal phase lag. On the other hand, such an arrangement of plate 1 gives the opportunity

40 можность совместно с другими компонентами скорректировать аберрации дл точки на оси (в основном) и вне оси при высокой числовой апертуре и толщине светоделительной пластины40, together with other components, can correct aberrations for a point on the axis (mostly) and off-axis with a high numerical aperture and a thickness of the beam-splitting plate

5 0,2-0,4 от фокусного рассто ни объектива . Така толщина пластины к то- му же необходима при изготовлении дл выполнени высоких требований, предъ вл емых к поверхност м пласти-.5 0.2-0.4 of the focal length of the lens. Such a plate thickness is also necessary in the manufacture in order to fulfill the high demands placed on the surfaces of the plates.

0 ны как интерференционной детали по общей и местной ощибке.0 as interference parts for common and local error.

В результате выполнени второго и третьего компонентов в виде одиночных положительного 2 и ртрица- 5 тельного 3 менисков, обращенных вогнутостью к предмету и .близких к ап- ланатическим, совместно с пластиной, помещенной в плоскость предмета, получены достаточно небольшие аберрации дл точки на оси (сферической, комы) дл части объектива, состо щей из трех компонентов и вне оси (астиг матизма, дисторсии), а также хроматизма положени и увеличени с помощью внутренних близких по величине радиусов- второго и третьего компонен тов. Форма третьего компонента к тому же уменьшает числовую апертуру последующей части объектива.As a result of making the second and third components in the form of single positive 2 and 5-body 5-menstrual menisci facing inward towards the object and close to apanatical, together with the plate placed in the plane of the object, sufficiently small aberrations were obtained for a point on the axis ( spherical, coma) for a part of the lens consisting of three components and off-axis (astigmatism, distortion), as well as chromatism of the position and magnification with the help of internal radii of the second and third components close in magnitude. The shape of the third component also reduces the numerical aperture of the subsequent part of the lens.

В результате выполнени четвертого и п того компонентов в виде одиночных отрицательной 4 и положительной 5 линз, имеющих близкие по вели- чине внутренние радиусы, близкие к концентричным выходному зрачку объектива - диафрагме 6, компенсированы остаточные аберрации первых трех ком поиентов.As a result of the fourth and fifth components being made in the form of single negative 4 and positive 5 lenses with inner radii close in magnitude close to the concentric exit pupil of the lens - diaphragm 6, residual aberrations of the first three components are compensated.

В результате выноса заднего фокуса F объектива в пространство изображений , в котором расположена диафрагма 6, создан телецентрический ход лучей в пространстве предмета, обеспечивающий совместно с хорошей коррекцией аберраций равномерное освещение объекта и возможность применени объектива как телецентрического дл измерительных целей, так как таким ходом главнь х лучей исключаютс ощибки измерени . Кроме того, вынос зрачка за пределы объектива дает возможность устанавливать в нем диафрагмы переменного размера и тем самым мен ть контраст при вы влении дефектов или деталей объектов, существенно отличающихс размерами и формой.As a result, the rear focus F of the lens is removed to the image space in which the diaphragm 6 is located, a telecentric beam path is created in the object space, providing, together with a good correction of aberrations, uniform illumination of the object and the possibility of using the lens as a telecentric lens for measuring purposes. Rays are excluded measurement errors. In addition, the removal of the pupil beyond the lens limits makes it possible to install in it diaphragms of variable size and thereby change the contrast when detecting defects or parts of objects that differ significantly in size and shape.

В результате выполнени всех линз объектива из стекол с показателем преломлени 1,7, описанной формы и сочетани знаков сил увеличено поле зрени по сравнению, например, с микрообъективами, имеющими такую же числовую апертуру, а по сравнению с прототипом 7 лучщее исправление полевых аберраций, в том числе кривизны пол .As a result of all the objective lenses made of glass with a refractive index of 1.7, of the described form and combination of signs of forces, the field of view is increased compared to, for example, microobjectives with the same numerical aperture, and compared to prototype 7 the best correction of field aberrations including curvature floor.

Кроме того, благодар применению стекол с особым ходом частной относительной дисперсии при показател х преломлени не менее 1,7 и коэффициентах средней дисйерсии довольно высоких в положительных компонентах ( Jg пор дка 55)J особенно во фронтальной части объектива, скоррегиро- ваны хроматические аберрации положе59764In addition, due to the use of glasses with a special course of partial relative dispersion with refractive indices of not less than 1.7 and average dispersion ratios quite high in the positive components (Jg, about 55) J, especially in the frontal part of the lens, chromatic aberrations are corrected.

ни и увеличени практически дл всей видимой области спектра.Neither magnification for almost the entire visible spectrum.

В результате выполнени второгоAs a result of the second

5 и третьего компонентов объектива в виде простых линз, спектр которых эквивалентен спектру простой линзы, четвертого и п того компонентов Также в виде простых линз, рассчитанных5 and the third lens components in the form of simple lenses whose spectrum is equivalent to the spectrum of a simple lens, the fourth and fifth components Also in the form of simple lenses, calculated

10 со спектром, подобным простой линзе, но противоположным по знаку хроматизмом положени , улучшен вторичный спектр с помощью двух различных ма- . рок оптических сред в первой и вто15 рой паре линзовых компонентов, при этом одна из них в каждой паре должна иметь особый ход частной относительной дисперсии.10 with a spectrum similar to a simple lens, but the opposite chromatism in sign, improved the secondary spectrum with two different ma-. Optical media in the first and second pairs of lens components, with one of them in each pair having a particular course of partial relative dispersion.

В результате расчета получен ва20 риант предлагаемого интерференционного объектива со следующими оптическими параметрами: линейное увеличение -5,2, фокусное рассто ние f 25,6 мм, числова апертура вAs a result of the calculation, we obtained the variant of the proposed interference lens with the following optical parameters: a linear increase of -5.2, a focal distance of f 25.6 mm, a numerical aperture in

25 пространстве предметов А 0,31, линейное поле зрени 2у 2,9 мм.25 space of objects A 0.31, linear field of vision 2y 2.9 mm.

Коррекци объектива проведена дл спектральной линии X е 546,1 нм, ахроматизирован спектральный диапа30 зон, охватывающий практически всю видимзта область от длины волны П( 404, 7 нм до А 706,5 нм.The lens has been corrected for the Xe 546.1 nm spectral line, the spectral range of the spectral range is chromed, covering almost the entire visible region from the wavelength P (404, 7 nm to A 706.5 nm.

Объектив имеет очень хорошую коррекцию аберраций, отсутствует винье„с тирование наклонных пучков. Его остаточные аберрации аналогичны микрообъективам - планахроматам: дл точ- - ки на оси волнова аберраци по всему спектральному диапазону не превы-The lens has a very good correction of aberrations, there is no wiener with oblique beams. Its residual aberrations are similar to micro-lenses - planachromats: for a point on the wave axis, the aberration across the entire spectral range does not exceed

40 шает четверти длины волны, только на самом краю отверсти достигает 1-2 А , дл точки вне оси астигматизм и кривизна пол аналогичны, а дисторси в предлагаемом объективе значитель45 но меньше. 40 sews a quarter of the wavelength, only at the very edge of the hole reaches 1-2 A, for the off-axis point, astigmatism and field curvature are similar, and the distortion in the proposed lens is significant but less.

При работе объектива в обратном ходе размер кружка рассе ни с учетом хроматизма в плоскости Гаусса составл ет: дл точки на оси - 0,02 мм, When the lens operates in reverse, the size of the scattering circle, taking into account chromatism in the Gaussian plane, is: 0.02 mm for a point on the axis;

50 в центре пол - 0,03 мм, на краю пол - 0,085 мм (2у 15 мм). В плоскости установки может быть получен кружок рассе ни : дл точки на оси - 0,04 мм, в центре пол - 0,03 мм,50 in the center of the floor - 0.03 mm, on the edge of the floor - 0.085 mm (2 by 15 mm). A scattering circle can be obtained in the installation plane: 0.04 mm for a point on the axis, 0.03 mm at the center of the field,

gg на краю пол - 0,045 мм.gg on the edge of the floor - 0.045 mm.

При работе объектива в пр мом ходе и использовании пол зрени величиной 2у 1-1,5 мм, которое может ограничиватьс , например, полем эрени винтового окул рного микрометра MOB - 1-1,5, размер кружка рассе ни с учетом хроматизма в плоскости . Гаусса дл точки на оси, центра и кра пол - 0,1-0(2 мм.When the lens is working in the forward direction and using a field of view of 2у 1-1.5 mm, which can be limited, for example, by the MOB screw-ocular micrometer's erenal field, 1-1.5, the size of the scattering circle taking into account chromaticism in the plane. Gauss for a point on the axis, center and edge of the field - 0.1-0 (2 mm.

Дл наиболее полного использовани свойств объектива, особенно при высокоточных измерени х, необходимо соблюсти р д условий.In order to make the most complete use of the properties of the lens, especially with high-precision measurements, it is necessary to observe a number of conditions.

Рассто ние между поверхностью испытуемого объекта и обращенной к нем поверхностью пластины 1 должно быть пор дка 1-3 мкм-. Коэффициенты отражени этих же обращенных друг к другу поверхностей объекта и пластины 1 должны быть близки по величине, а дл высокоточных измерений - более 0,9, причем, коэффициент отражени поверхности объекта должен быть больше Эти же поверхности должны быть не только плоскими, но и ровными - неровность не более 5 А. Покрыти , нанесенные на эти поверхности, должны быть тонкими - не более 2000 А,The distance between the surface of the test object and the surface of plate 1 facing it should be in the order of 1–3 µm. The reflection coefficients of the same facing each other surfaces of the object and the plate 1 should be close in magnitude, and for high-precision measurements - more than 0.9, and, the reflection coefficient of the surface of the object should be larger. The same surfaces should be not only flat, but even - roughness is not more than 5 A. The coatings applied to these surfaces should be thin - no more than 2000 A,

о about

иногда до 6000 А (в зависимости, от материала) и однородными. Углы падени лучей на объект должны быть не более З-б. Оптимальна числова апертура объектива должна быть равна 0,2sometimes up to 6000 A (depending on the material) and homogeneous. The angles of incidence of rays on an object should be no more than ZB. The optimal numerical aperture of the lens should be 0.2

Интерференционный объектив может иметь универсальное применение. Он может использоватьс в многолучевых интерферометрах в проход щем свете при условии, что светоделительное покрытие -пластины 1 будет иметь соответствующие коэффициенты отражени The interference lens can have universal application. It can be used in multipath interferometers in transmitted light, provided that the beam-splitting coating of the -plate 1 has corresponding reflection coefficients.

Возможно использование объектива в р де других областей приборостроени при условии, что пластина 1 буРедактор Т.ПарфеноваIt is possible to use the lens in a number of other areas of instrument-making, provided that plate 1 is borne by T. Parfenova.

Составитель В.АрхиповCompiled by V. Arkhipov

Техред А.Кравчук Корректор А.Т скоTehred A. Kravchuk Proofreader A.T.

Заказ 6152/49 Тираж 522ПодписноеOrder 6152/49 Circulation 522Subscription

ВНИИПИ Государственного комитета СССРVNIIPI USSR State Committee

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5for inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Raushsk nab., 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4Production and printing company, Uzhgorod, st. Project, 4

00

5five

00

5five

0 дет выполнена без покрыти : совместно с электронно-оптическими преобразовател ми , когда нужна ахроматиза- ци в широком спектральном диапазоне, как репродукционный использу объектив как в пр мом, так и обратном ходе , когда необходимо соответствующее увеличение и исправление дисторсии до сотых долей миллиметра, как объектива с телецентрическим ходом лучей (при измерени х щкал), как проекционный (при. нанесении и контроле микросхем ) , дп станочной оптики, когда нужна числова апертура более 0,17, дл микрофильмировани , когда нужна высока разрешающа сила, как в объективах микроскопов.0 will be made without coating: in conjunction with electron-optical converters, when achromatization is required in a wide spectral range, as a reproduction lens using both forward and reverse strokes, when a corresponding increase and correction of distortion up to hundredths of a millimeter is needed, as a telecentric objective of the rays (when measuring chalcals), as a projection lens (when applying and monitoring chips), machine tool optics when you need a numerical aperture of more than 0.17, for microfilming when you need The juice is resolving power, as in microscope lenses.

Claims

Invention Formula

The interference lens, the content of the components and the aperture diaphragm located in the rear focal plane, the first component being the beam-splitting plate, the second being the positive, fifth, two-fold lens, distinguished by the fact that, in order to expand the spectral range, to increase the field From the point of view and simplification of the design, the second and third components are made in the form of a meniscus and a negative meniscus, respectively, facing the object with a concavity, the fourth - in the form of a double-curved lens, and the thickness of the light itelnsy plate is 0.2-0.4 focal length of the lens, and all lenses are made of materials with a refractive index of at least 1.7.