1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
数值孔径（NA）作为投影物镜的基本参数，决定了投影物镜的成像分辨率。在利用双光栅Ronchi剪切干涉仪测量投影物镜波像差时，NA也是实现波像差高精度检测的一项基本参数。提出了一种基于Ronchi剪切干涉像面光栅轴向离焦的投影物镜NA测量方法，理论推导了像面光栅离焦时空间光程差的数学表达式，通过测量轴向两个不同位置处的剪切波前并提取倾斜项系数，利用两个轴向位置的距离以及倾斜项系数的差值计算得到投影物镜NA值。在此基础上，开展了仿真分析和实验，以NA设计值为0.3的投影物镜为测量对象，实验测得NA为0.292，测量误差小于0.004。同时开展了几何光学测量方法的对比实验，进一步验证了所提方法的有效性。该方法利用波像差检测装置测得的剪切波前实现投影物镜NA的在线测量，不需要使用额外的装置或器件。
测量 数值孔径测量 投影物镜 Ronchi剪切干涉 剪切波前 光程差 中国激光
2023, 50(13): 1304006
北方夜视科技研究院集团有限公司, 云南昆明 650223
头盔夜视仪由单波段向多波段图像融合的方向发展。本文对基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪的技术方案、图像配准精度进行分析并进行光学仿真。首先分析悬挂式红外夜视仪与微光头盔组合使用的工作模式以及图像旋转、圆形视场的设计方案；其次根据悬挂式红外夜视仪的设计指标, 对其红外物镜及投影物镜进行光学仿真；第三从悬挂精度、光轴一致性及畸变等三方面分析图像配准精度；最后根据仿真结果及图像配准精度分析说明基于微光头盔观察、悬挂式红外夜视仪的技术方案可行, 能达到预期的效果。
投影物镜 红外物镜 图像融合 图像配准 悬挂式 红外夜视仪 projection lens infrared lens image fusion image registration suspended infrared night vision
1 上海材料研究所压电材料及器件研究中心，上海 200437
2 上海电子线路智能保护工程技术研究中心，上海 201202
3 上海材料研究所上海市工程材料应用与评价重点实验室，上海 200437
4 上海集成电路研发中心有限公司，上海 201210
多层压电驱动器具有体积小、响应快、刚度大、位移精度高、驱动力大等优点，在光刻机的开发中有广泛的应用。简要介绍了多层压电驱动器的基本结构与特征，列举了多层压电驱动器在光刻机投影物镜的高精度微调、掩模台的定位及光刻机的主动减振等方面的典型应用。最后，对多层压电驱动器的发展方向进行了展望。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922024
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为了实现在短距离内投射出大视场、高清画面, 降低超短焦投影的加工成本和装调难度, 设计了一款不含非球面折射透镜的折反式超短焦变焦投影镜头。系统使用16.76mm(0.66in)DMD微透镜显示芯片, 16片球面折射透镜和一片非球面反射镜, 非球面反射镜能有效校正系统的畸变、抵消折射透镜组的场曲和像散。光学总长为250mm, 投影距离是424~509mm, 投射画面尺寸是2.286~2.794m(90~110in), 视场角150°, 投射比为0.21, 水平、垂直TV畸变小于0.25%, 相对照度大于90%, MTF在0.48lp/mm时大于0.5。样机测试结果显示各项指标满足系统设计要求, 全玻璃透镜的设计易于加工和生产, 有效降低超短焦投影系统的加工装配成本。
光学设计 投影系统 折反式系统 超短焦距投影物镜 optical design projection system catadioptric system ultra-short focal projection lens
1 长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国人民解放军32142部队72分队, 河北 保定 071000
深紫外光刻投影物镜是光刻机的核心部件, 然而无论是照明光场偏振态的空间分布, 还是光刻投影物镜自身的偏振像差都将改变光束的紧聚焦特性, 对成像质量造成不可忽略的影响。基于三维琼斯矩阵, 把偏振像差函数推广到三维空间, 建立了三维相干光场中偏振像差的评价方法, 并分析了典型的偏振敏感光学系统——深紫外光刻投影物镜的三维偏振像差, 详细阐述了其物理意义。研究发现: 三维偏振像差函数的光瞳分布与视场、光学薄膜以及光学系统的自身结构密切相关。深入讨论了光学薄膜及偏振效应对光刻投影物镜成像质量的影响, 进一步研究了照明光场的偏振态分布与光学系统波像差的关系, 研究表明: 光学薄膜引入的附加位相将导致光刻投影物镜的像质明显下降, 而采用径向矢量光场照明可以改善成像质量。
偏振 光刻投影物镜 偏振像差 像质评价 波像差 polarization lithographic projection lens polarization aberration image quality evaluation wavefront aberration 红外与激光工程
2018, 47(8): 0818006
1 北京理工大学光电学院, 北京 100081
2 北京市混合现实与新型显示工程技术研究中心, 北京 100081
提出了分段环形曲面的面型描述及设计方法。提出了一种从非球面到分段环形曲面的高精度转换方法来建立初始曲面,并讨论了分段环形曲面的优化策略、实现方法和约束条件。将所设计的分段环形曲面应用于一款超短焦投影物镜的设计和优化中,优化后的系统总长仅为155 mm,最大畸变仅为1.36%。研究结果表明,该新型曲面可以提高光学系统设计的自由度和灵活性。
光学设计 面型描述 分段曲面 超短焦投影物镜
上海理工大学 光电信息与计算机工程学院 上海市现代光学系统重点实验室 教育部光学仪器与系统工程研究中心, 上海 200093
为了使投影设备具有超短投影距离, 实现大尺寸高清显示画面, 设计了一款采用折反式成像光路的具有大相对孔径和小投射比的超短焦距投影物镜。系统使用12mm(0.47in)DMD微显示芯片, 在450mm距离处实现了2032mm(80in)的投影画面, 采用远心光路提高像面照度均匀性。基于微分几何原理和斯涅尔反射定律, 建立自由曲面方程计算自由曲面轮廓线的离散点坐标, 运用最小二乘法进行偶次非球面拟合得到非球面反射面, 对大视场像差和畸变进行校正。物镜焦距为2.64mm、光学总长193mm、投射比0.25、F数1.83、视场角150°作为参数; 各视场MTF值在单个像素对应的奈奎斯特频率处达到0.3以上, 水平、垂直TV畸变小于0.5%, 投影像面相对照度大于90%。各项指标满足系统设计要求, 结构简单, 易于加工和生产。
应用光学 光学设计 超短焦投影物镜 自由曲面 applied optics optical design ultra-short focus projection lens free-form surface
1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
全芯片多参数联合优化是光刻分辨率增强技术的重要发展方向。提出了一种基于粒子群优化(PSO)算法的光源掩模投影物镜联合优化(SMPO)方法。将由像素表征的光源、由离散余弦变换基表征的掩模及由泽尼克系数表征的投影物镜编码为粒子,以图形误差作为评价函数,通过不断迭代更新粒子,实现光源掩模投影物镜联合优化。在标称条件和工艺条件下,采用含有交叉门的复杂掩模图形对所提方法的仿真验证表明,图形误差分别降低了94.2%和93.8%,有效提高了光刻成像质量。与基于遗传算法的SMPO方法相比,该方法具有更快的收敛速度。此外,该方法具有优化自由度高和优化后掩模可制造性强的优点。
光学制造 光刻 分辨率增强技术 光源掩模投影物镜联合优化 粒子群优化 光学学报
2017, 37(10): 1022001
长春理工大学 光电信息学院, 吉林 长春130012
设计了在相同光学引擎、相同屏幕位置下, 能满足不同屏幕尺寸需要的变焦投影物镜。该变焦投影物镜的焦距变化范围为22 mm~37 mm, 视场角为46°~75°, F数为2.8。考虑设计的光学系统要求相对孔径较大, 具有大视场角和小变焦倍比, 根据变焦理论, 采用正组补偿的机械补偿法, 并对变倍组、补偿组进行合理的倍率选段, 求出高斯解; 然后对各组元分别选用合理的初始结构, 利用Zemax光学设计软件进行优化设计, 适当添加非球面。采用二、四组元运动的机械补偿法解决了大视场变焦系统畸变难以控制的问题, 并利用调制传递函数综合评价了整个光学系统。设计结果表明: 该变焦投影物镜系统的光学结构和成像质量均符合设计指标要求, 在空间频率64 Lp·mm-1处调制传递函数(MTF)值均大于0.3, 畸变小于1%。
变焦投影物镜 机械补偿法 调制传递函数 zoom projection lens mechanical compensation method modulation transfer function
