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超长工作距离物镜及其在测量和加工中的应用1. 前言 光学显微镜作为扩大样本图像观察的装置从16世纪中叶就开始广为使用，是一 种相当可靠的传统装置作为一种有着漫长发展历史的光学设备，其基本原理已 经较为成熟，因此没有大幅度变化然而，为能够不断满足日益增长的用户需求， 光学显微镜在功能和性能上一直不断提高近年来，以显微镜为基础的非接触 3D视像测量仪、显微分光装置、干涉仪或带有显微镜/激光的精细加工机器相继 问世这些产品在传统显微镜所具有的基本功能上，增加了许多新功能此外， 人们现在已经可以观察到红外线和紫外线的波长范围，远远超过了可见光范围 但物镜显微镜的工作距离较短始终是这类设备应用的重要限制因素之一本文将 介绍的是三丰“FS物镜显微镜系列”，其突出特点是工作距离长，可观察波长 范围增大到近红外线至紫外线范围，从而使显微镜的应用范围也大大提高，并且 更易于操作2. 开发背景与目标近年来，半导体集成产业以令人瞩目的速度向前发展，随之而来的是从微米级到 亚微米级的更高精度检验需求与此同时，各行业也正致力于开发出用于显微镜 的新型、高性能物镜，它们应该比传统物镜可操作性更强、分辨率更高、工作距 离更长。

同时，市场已提出对具有大数值孔径和长工作距离产品的迫切需求面 对这种挑战，三丰重新审度了原有物镜的45mm等焦面距离标准，扩大了镜头的 观察范围，将等焦面距离提高到95mm经过不懈努力，三丰开发出具有高倍率、 大数值孔径（高分辨率）和长工作距离的新型高性能物镜显微镜见图1）3. FS物镜显微镜特点FS显微镜采用无限远校正光学系统，通过使用一个物镜和一个成像透镜（光学 管镜头）生成图像色差校正可由物镜和成像透镜独立完成因此FS物镜系列 产品自身就是一个完整的光学系统因此，该系列产品不仅可以单独使用，而且 还可以作为扩展系统的一部分，在扩展系统中，用户可以根据个人喜好对成像透 镜进行设置，将物镜组装到自己现有的设备上三丰可提供多种类型的成像透镜 和装有这种光学系统的组合型视像显微镜VMU系列、高倍率显微镜FS70系列和 VM-ZOOM系列、检测用显微镜FS110T和高倍率测量显微镜MF系列图1、不同等焦面距离物镜的比较以上两种系统均使用了一个超长工作距离物镜，实现了传统显微镜无法实现的功 能，因此可以说这是一种具有特殊可操作性的非比寻常的显微镜通常，加大物 镜的工作距离，会导致多种色差问题发生。

而MPlanApo系列的复消色透镜通过 选用低折射率反常色散玻璃和超低色散玻璃，实现了大范围可见光的色差校正 这两种玻璃的波长折射率不同于普通光学玻璃特别是由于能够进行横向色差和 散射光的校正，MPlanApo系列产品可以呈现更加清晰的图像4. FS物镜显微镜规格FS物镜显微镜有以下系列产品可供选择全部产品均具有超长工作距离0 M Plan Apo 系列 0 M PlanNIR 系列BDPlan Apo 系列 LCDPlan NIR 系列0 M PlanNUV 系列 0 M PlanUV 系列LCDPlan NUV 系列0 G PlanApo 系列以上系列产品的特点和规格如下4-1. M Plan Apo 系列 和 BDPlanApo 系列M PlanApo系列是在可见光范围内使用的显微镜用物镜，适于进行亮视场观察， 而BDPlanApo系列则适于进行亮/暗视场观察此外，还有具有超长工作距离的M Plan Apo SL 和 BD PlanApoSL 系列4-2. M Plan NIR 系列 和 LEDPlanNIR 系列该系列可对整个可见光和近红外线范围内的色差进行校正，同时提高了近红外线 范围内的透射率，是一款增强型超长工作距离物镜。

LCDPlanNIR系列还特别考 虑到液晶玻璃罩（厚度为t=1.1mm或t=0.7mm）的存在，而对其设计进行了改进4-3. M Plan NUV 系列 和 LCDPlanNUV 系列MPlanNUV系列采用在短波长范围内具有较高透射率的光学玻璃，可对整个可见 光和近红外线范围内的色差进行校正此外，还特别为该系列产品开发了防反射 涂层，这种涂层有助于保持短波长范围内的高透射率同时与NIR系列产品一样， 本系列也具有考虑到液晶厚度的（t=0.7mm）专用物镜4-4. M Plan UV 系列该系列是FS物镜显微镜系列的最新产品，从去年开始，已经有80X、50X和20X 等型号上市为确保在紫外线范围内能够具有高透射率，三丰已将普通光学玻璃 透镜更换为萤石和石英材质的透镜此外，还特别为该系列产品开发了防反射涂4-5. G Plan Apo 系列使用物镜观察工件表面时，因为是透过一层很厚的玻璃进行观察的，视像的对比 度会由于玻璃产生的大量球面色差而明显下降，当使用高倍率或高NA物镜时， 这种影响显得尤为严重GPlanApo系列是一种专为通过厚玻璃进行观察而设计 的物镜通过一层很厚的玻璃观察工件时，必需要选用具有长工作距离的物镜， 因此，该系列产品充分体现了 FS物镜的特点和功能。

该系列产品共分3种型号： 2mm至5mm （标准型t=3.5mm,BK-7）玻璃厚度型；固定玻璃厚度型；和2mm至5mm 玻璃厚度、连续色差校正型（使用一个可调内部透镜）M Plan ApoMPlan NIRM PI" NUVM P偏n UVG Pl?ri A网IX0,035/112X0.055； 345X0.14钮0,14/37.51DX0.20/33.5CU2M5 (HR)0.2^30.520X0.42/200.£0/30.5 [SL)04.^20U20.43ILGDI 1j0,4^17fl.36/150,28r30.-6Ct3.5i50 X0贸130.42/20.5 (,SC0.76/5.2 (HR)0.42717W17J：LCD： 1]0.42f150.42/15(LCD 07)0.5/15,053一5)BOX0.5/15 SSL)0,55/110.7/60.55M3 (SLJD.9/1.3 (HRj0.5/1205112D0X0.62/13 (@L)表1、FS物镜规格{数值孔径（NA） /工作距离（mm） }5. 超长工作距离物镜典型应用5-1.半导体缺陷分析仪（探针台）使用探针台（半导体缺陷分析仪的一种类型）进行显微操作时，需要将探针（电 极）插入显微镜下的铝线圈，以进行传导性检测。

见图2）如果物镜的工作距离过短，操作起来可能会非常困难因此，这种情况下就需要 使用超长工作距离物镜，通过装配三丰“FS70系列”和“VM-ZOOM”，并与显微 镜超长工作距离物镜系列产品并用，能够实现最佳性能MPlan Apo、MPlanNIR、 M Plan NUV和M PlanUV等几乎全部型号的FS物镜系列产品，均可有效地用应 于该领域图2探测作业示意图5-2.激光加工使用显微镜进行激光微加工的最常用方法是掩膜投影法，这种方法通常要使用一 个装有显微镜的YAG激光仪见图3）最初只将YAG基波（1064nm）用于此领 域，后来又陆续开发出使用第二谐波（532nm）、第三谐波（355nm）和第四谐波 （266nm）的激光仪，今后还可能会开发出其它形式的激光仪此外，准分子激 光已作为YAG激光的替代品并投入使用与这些产品配套使用的三丰物镜包括 NIR系列、NUV系列和UV系列用户可根据实际需要选用最适合的类型（从近红 外线范围的热处理到紫外线范围的光学处理）和根据具体材料选择最适合的激光 种类由于这些物镜具有长工作距离，加工过程中很少会出现蒸发物污染镜头的 情况因此，加工厚玻璃罩内的真空室或气体环境中的工件就显得较为容易。

超 长工作距离物镜还可用于修复半导体掩膜和LCD，或与装配在“FS70”或“VM-ZOOM”激光端口上的三丰显微镜一起安装在探针台，组成激光显微镜后， 可通过激光剥离纯化层进行检测图 4Quick Vision Hybrid QVH250-PRO图3激光加工光学系统范例5-3. CNC视像测量仪 今天，测量仪器制造商正不断地推出各种装有显微 镜系统的CNC视像测量仪，规格相当齐全这些产 品具有许多通用功能，例如降低检测工作成本、提 高工作效率，即使没有经验的用户也可以用其得出 精确的测量结果，改善了工作环境、工作更轻松等三丰已经开发出可测量多种工件的QuickVision 系列和QuickScope系列等多款产品这些产品也屈 可使用超长工作距离物镜在视像测量仪领域，长 工作距离物镜的需求非常广泛，尤其是能够进行大 阶差工件测量的三丰产品此款多功能产品应用范 围十分广泛，深为用户所青睐5-4.通过平行平板玻璃观察三丰推出的“GPlanApo系列”可满足此项任务的需求尽管用户需要的规格多 种多样，各不相同，但这些产品全面涵盖了从红外线到紫外线的大范围波长，使 用了光学玻璃，而且还有石英、宝石玻璃、钻石，甚至液体等多种并行平面材料， 厚度约为0.5mm至20mm以上。

此外，有些用户还提出了对高NA型产品的需求， 其应用范围也非常广泛，包括观察和激光加工以及作为聚光透镜使用等因此， FS物镜显微镜系列产品几乎可以满足上述用户纷繁复杂的多种需求图5为使 用普通物镜显微镜无法完成，而使用超长工作距离物镜显微镜可以完成的一些工 作，包括高温室、低温室、真空室、充气室内的工件和悬浮于液体中的工件的观察等用户可根据规格定制所需的色差校正功能，某些功能可重复用于光学系统， 从而可为用户节省成本超长工作距离物镜的特点之一就是用户可随时订购这些 产品的透镜图5通过平行平板玻璃观察5-5.其它三丰还有许多采用了超长工作距离物镜的其它类型的光学设备和光学测量仪器 以下为大家简要介绍几款典型产品Hot 电子显微镜 用于半导体缺陷分析和漏射弱光检测•Interferometer微型菲佐（Fizeau）干涉仪装配有显微镜物镜的菲佐干涉仪Linnik干涉仪 Michaelson干涉仪装配有一对显微镜物镜，一个用于参照用光学 系统，另一个用于工件测量光学 系统，两个透镜具有相同的波形 曲率色差•激光修复仪 用于半导体和掩膜缺陷的激光修复•显微分光装置 使用显微镜测量微小部分的反射分光特性。

6. 结论 上述“FS超长工作距离物镜系列”具有长工作距离，可操作性更强，可观察波 长范围更大，并成功实现了普通物镜显微镜无法实现的许多功能显微镜光学系 统应用范围的扩大得到了广大用户的一致肯定和欢迎FS超长工作距离物镜系列，全面满足了用户的需求，并且每年都有许多新型号 产品加入这一产品阵容为继续更好地服务用户，三丰在未来的几年中将进一步 扩大“FS超长工作距离物镜系列”的产品阵容上一篇：硬度计/硬度值详细介绍。