專利名稱：：一種傅立葉透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種傅立葉透鏡系統(tǒng)，且特別涉及一種未采用非球面鏡的傅立葉透鏡系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：在軍事、航空航天、以及其他尖端科技領(lǐng)域有大量的高速圖像處理需求，其中包括目標(biāo)識(shí)別、運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)跟蹤等。這些需求，在下一代計(jì)算機(jī)(光子計(jì)算機(jī)、量子計(jì)算機(jī)等)出現(xiàn)之前，單靠目前的電子計(jì)算機(jī)是難以滿足需求，所以就出現(xiàn)了目前的光學(xué)信息處理系統(tǒng)與電子計(jì)算機(jī)結(jié)合的模式來解決這一問題。在這類光學(xué)信息處理系統(tǒng)中，傅立葉透鏡是其核心子系統(tǒng)。目前的傅立葉透鏡系統(tǒng)大致可以分為兩類一類是類似于參考文獻(xiàn)[l](參考文獻(xiàn)[l]:B.A.RBlandford，OpticalInstrumentTechniquesPP435~433)和參考文獻(xiàn)[2](傅立葉變換設(shè)計(jì)一一王民強(qiáng))的雙遠(yuǎn)距型及其變型。這類傅立葉透鏡系統(tǒng)可以使其前后焦點(diǎn)的距離從2f縮小到0.7f左右，從而使整個(gè)系統(tǒng)的尺寸較為緊湊。另一種類型的傅立葉透鏡系統(tǒng)，如參考文獻(xiàn)[3](C.G.Wynne,OpticsCommunications,Vol.12,No.3PR266~274)所示，是采用單片透鏡或兩片透鏡的系統(tǒng)。這類系統(tǒng)的特點(diǎn)是鏡片數(shù)少，減少裝校等的誤差源，但為了消像差這類系統(tǒng)不得不采用非球面鏡，這大大提高了加工制造的難度。總體而言，為了保證傅立葉透鏡的高像質(zhì)的需求，目前的傅立葉透鏡系統(tǒng)大都是小視場(chǎng)，長(zhǎng)焦距系統(tǒng)，絕大多數(shù)的焦距在300mm以上。在光刻機(jī)的離軸對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)中，由于該系統(tǒng)是一種精密的目標(biāo)識(shí)別和測(cè)量系統(tǒng)，不但要求透鏡結(jié)構(gòu)緊湊而且要保證一定的工作距離。上述第一類的傅立葉透鏡不能滿足要求，因?yàn)檫@類系統(tǒng)不但結(jié)構(gòu)不夠緊湊，而且其工作距離一般較小。對(duì)于上述第二類的傅立葉透鏡系統(tǒng)來說，由于其采用了非球面鏡，成本較高。因此，大數(shù)值孔徑、結(jié)構(gòu)緊湊且成本低的傅立葉透^:系統(tǒng)，已經(jīng)成為業(yè)界亟待解決的技術(shù)問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出一種傅立葉透鏡系統(tǒng)，能夠解決上述問題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種傅立葉透鏡系統(tǒng)，從物面至像面.沿其光軸方向依次包括第一凸透鏡、彎月厚透鏡以及第二凸透鏡。其中，該第一凸透鏡，該彎月厚透鏡和該第二凸透鏡之間的沿軸空氣間隙小于20毫米。可選的，其中該彎月厚透鏡的凸面朝向像面?？蛇x的，其中該彎月厚透鏡的材料為ZF6?？蛇x的，其中該第一凸透鏡和該第二凸透鏡的材料為ZK7。可選的，其中該第二凸透鏡之后還包括沿光軸排列的第一平面透鏡?？蛇x的，其中該第一平面透鏡采用的材料為ZKll?？蛇x的，其中該第一平面透鏡之后還包括沿光軸排列的第二平面透鏡?？蛇x的，其中該第二平面透鏡采用的材料為石英玻璃。可選的，其中該第一凸透鏡具有第一表面和第二表面，第一表面的半徑為224.39mm,第二表面的半徑為34.45mm,該第一凸透4免的中心厚度為13.07mm，半孔徑為22mm;該彎月厚透鏡具有第三表面和第四表面，第三表面的半徑為34.02mm，第四表面的半徑為76.69mm，該彎月厚透鏡的中心厚度為4mm，半孔徑為24mm;該第二凸透鏡具有第五表面和第六表面，第五表面的半徑為491.49mm，第六表面的半徑為121.4mm，該第二凸透鏡的中心厚度為7.28mm,半孔徑為24.5mm;第一平面透鏡的厚度為98mm;第二平面透鏡的厚度為6mm?？蛇x的，其中在該傅立葉透鏡系統(tǒng)的像面位置，還包括位于像面和光軸的交點(diǎn)將照明光束沿光軸反射的第一直角反射鏡，和將照明光束反射至該第一直角反射鏡的第二直角反射鏡。本發(fā)明提出的傅立葉透鏡系統(tǒng)具有較大數(shù)值孔徑和角視場(chǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，工作距離較長(zhǎng)，本發(fā)明中的傅立葉透鏡系統(tǒng)僅采用表面類型為球面或平面的透鏡，沒有引入非球面透鏡，從而降低了透鏡的加工、測(cè)試和裝校難度。圖1所示為前后焦面共軛應(yīng)用的傅立葉變換透鏡系統(tǒng)的示意圖。圖2所示為本發(fā)明的傅立葉透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及光路示意圖。圖3顯示了本實(shí)施例的傅立葉透鏡系統(tǒng)的傳遞函數(shù)MTF圖4所示為本發(fā)明傅立葉透鏡系統(tǒng)的點(diǎn)列圖。圖5所示為本發(fā)明傅立葉透鏡系統(tǒng)的光程差(OPD)圖。圖6所示為第二實(shí)施例中的傅立葉變換透鏡系統(tǒng)的示意圖。具體實(shí)施例方式為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說明如下。根據(jù)傅立葉光學(xué)的理論，傅立葉透鏡也有不同共軛下的應(yīng)用。本發(fā)明給出的是前后焦面的共軛應(yīng)用，但其應(yīng)用不限于此。圖1所示為前后焦面共軛應(yīng)用的傅立葉變換透鏡系統(tǒng)的示意圖。輸入面101(即物面)在傅立葉透4竟系統(tǒng)100的前焦面，相應(yīng)的頻鐠面102在傅立葉透鏡系統(tǒng)100的后焦面，這樣在頻語面102就可以得到物空間信息的傅立葉變換。照明光束由輸入面101射入傅立葉透鏡系統(tǒng)100,物空間信息能夠經(jīng)過傅立葉透鏡系統(tǒng)IOO進(jìn)行傅立葉變換。本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉的同時(shí)保證了一定工作距離的傅立葉透鏡系統(tǒng)。圖2所示為本發(fā)明的傅立葉透鏡系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及光路示意圖。請(qǐng)參考圖2,傅立葉透鏡系統(tǒng)IOO從物面一側(cè)順次包含第一凸透鏡LI、彎月厚透鏡L2、第二凸透鏡L3、平面透鏡L4以及平面透鏡L5。本實(shí)施例中的第一凸透鏡Ll，彎月厚透鏡L2和第二凸透鏡L3之間的沿軸空氣間隙小于20毫米。本發(fā)明的傅立葉透鏡系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為0.31;工作波長(zhǎng)為632.8nm，即激光波長(zhǎng)；物距為60mm;物面直徑為l.lmm。表1給出了本發(fā)明傅立葉透鏡系統(tǒng)的具體參數(shù)值，其中"厚度"一欄給出了該,面到緊接著其后面一面之間的軸向距離。"材料"一欄即指明所對(duì)應(yīng)透鏡的材料。"半孔徑"一欄指明了所對(duì)應(yīng)表面的1/2孔徑值。以透鏡L1和L2為例，Ll的前表面2的球面半徑224.39為224.39,即其半徑為224.39mm。Ll的前表面2到后表面3的中心間距為13.07mm,Ll的光學(xué)材料為ZK7,前表面2的孔半徑為22mm;Ll的后表面3的球面半徑為34.45mm，Ll的后表面3到L2的前表面4的中心間距為0.53mm，后表面3的孔半徑為22mm。平面透鏡L4和平面透鏡L5是相連接的，因此僅描述了平面透鏡L4的一個(gè)前表面8。其余各表面的參數(shù)據(jù)此類推。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表l圖3顯示了本實(shí)施例的傅立葉透鏡系統(tǒng)的傳遞函數(shù)MTF,反應(yīng)了該傅立葉透鏡系統(tǒng)的成像質(zhì)量。傳遞函數(shù)MTF接近衍射極限，在激光工作條件下，可以有效獲得高成像質(zhì)量，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)較大的物方和像方視場(chǎng)尺寸。本實(shí)施例所揭露的透鏡系統(tǒng)100的頻i普面上譜點(diǎn)位置追蹤結(jié)果如表2所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2由表2可知，頻i普面上的譜點(diǎn)位置與預(yù)期的位置誤差控制在了一定范圍內(nèi)，至此可以看出本發(fā)明的傅立葉透鏡系統(tǒng)已經(jīng)滿足了所有的實(shí)際需求。圖4所示為本發(fā)明傅立葉透鏡系統(tǒng)的點(diǎn)列圖。由一點(diǎn)發(fā)出的許多光線經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后，因像差使其與像面的交點(diǎn)不再集中于同一點(diǎn)，而形成了一個(gè)散布在一定范圍的彌散圖形，稱為點(diǎn)列圖。點(diǎn)列圖是在現(xiàn)代光學(xué)設(shè)計(jì)中最常用的評(píng)價(jià)方法之一。圖中的幾個(gè)圖分別表示給定的幾個(gè)視場(chǎng)上不同光線與像面交點(diǎn)的分布情況。使用點(diǎn)列圖，一要注意其下方表格中的數(shù)值，值越小成像質(zhì)量越好。二根據(jù)分布圖形的形狀也可了解系統(tǒng)的幾何像差的影響，如，是否有明顯像散特征，或彗差特征，幾種色斑的分開程度如何，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者可以根據(jù)不同的情況采取相應(yīng)的措施。圖5所示為本發(fā)明傅立葉透鏡系統(tǒng)的光程差(OPD)圖。光程差是指光線與相應(yīng)主光線(通過光瞳坐標(biāo)原點(diǎn)的光線)之間在某一面上的光程差，光程差是評(píng)價(jià)傅立葉透鏡和相干成像系統(tǒng)的重要指標(biāo)項(xiàng)，OPD數(shù)值越小代表相應(yīng)的光學(xué)系統(tǒng)的性能越好,對(duì)于傅立葉透鏡系統(tǒng)要求OPD小于1/4波長(zhǎng)。圖4和圖5顯示了本發(fā)明揭露的傅立葉透鏡系統(tǒng)擁有較好的成像質(zhì)量。圖6所示為第二實(shí)施例中的傅立葉變換透鏡系統(tǒng)的示意圖。在較佳實(shí)施例中，被變換的物體是被照明光透射衍射的，照明光束和衍射光束分別位于物的兩側(cè)。由于在光學(xué)信息處理中，O級(jí)語是對(duì)應(yīng)于物空間尺寸的無窮大的信息，也就是說它不能反映物空間的任何信息，是有害的噪聲信號(hào)，很多應(yīng)用都是要濾掉0級(jí)譜的。譬如本發(fā)明的應(yīng)用一光刻機(jī)中的對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)即如此。在傅立葉譜面中不需要O級(jí)譜的時(shí)候，也可以采用如圖4所示的結(jié)構(gòu)。在透鏡系統(tǒng)的像面102—側(cè)安裝直角反射鏡L6和直角反射鏡L7,直角反射鏡L6將照明光束反射成垂直于傅立葉透鏡系統(tǒng)100的的光軸至直角反射鏡L7,L7位于傅立葉透鏡系統(tǒng)100的頻譜面(即像面)與其光軸的交點(diǎn)處，照明光束被L7反射后垂直照明物101,物101發(fā)生衍射，其中的0級(jí)衍射光經(jīng)過傅立葉透鏡100后又打到反射棱鏡L7上，這樣101的0級(jí)衍射光就再次被L7反射走，而不被探測(cè)器探測(cè)到，因而就消除掉了0級(jí)衍射光的影響。本發(fā)明較佳實(shí)施例的傅立葉透鏡系統(tǒng)100的數(shù)值孔徑最大達(dá)到0.31,焦距不小于70mm，通光口徑不大于51mm，角視場(chǎng)不小于18°。共軛面消除像差，波相差小于人/4，頻語面語點(diǎn)位置滿足正弦關(guān)系。本發(fā)明的傅立葉投影光學(xué)系統(tǒng)所有光學(xué)元件的表面類型均為球面或平面，沒有任何非球面，因此不會(huì)引入光學(xué)加工、光學(xué)檢測(cè)與成本等方面的難題。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。權(quán)利要求1.一種傅立葉透鏡系統(tǒng)，其特征在于，從物面至像面沿其光軸方向依次包括第一凸透鏡；彎月厚透鏡；以及第二凸透鏡，其中，該第一凸透鏡，該彎月厚透鏡和該第二凸透鏡之間的沿軸空氣間隙小于20毫米。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傅立葉透鏡系統(tǒng)，其中該彎月厚透鏡的凸面朝向3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的傅立葉透鏡系統(tǒng)，其中該彎月厚透鏡的材料為ZF6。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傅立葉透鏡系統(tǒng)，其中該第一凸透鏡和該第二凸透鏡的材料為ZK7。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傅立葉透鏡系統(tǒng)，其中該第二凸透鏡之后還包括沿光軸排列的第一平面透M;。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傅立葉透鏡系統(tǒng)，其中該第一平面透鏡采用的材料為ZKll。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傅立葉透鏡系統(tǒng)，其中該第一平面透鏡之后還包括沿光軸排列的第二平面透鏡。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傅立葉透鏡系統(tǒng)，其中該第二平面透鏡采用的材料為石英玻璃。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的傅立葉透鏡系統(tǒng)，其特征在于，其中該第一凸透鏡具有第一表面和第二表面，第一表面的半徑為224.39mm,第二表面的半徑為34.45mm,該第一凸透鏡的中心厚度為13.07mm，半孔徑為22mm;該彎月厚透鏡具有第三表面和第四表面，第三表面的半徑為34.02mm,第四表面的半徑為76.69mm，該彎月厚透鏡的中心厚度為4mm，半孔徑為24mm;該第二凸透鏡具有第五表面和第六表面，第五表面的半徑為491.49mm,第六表面的半徑為121.4mm，該第二凸透鏡的中心厚度為7.28mm，半孔徑為24.5mm;第一平面透鏡的厚度為98mm;第二平面透鏡的厚度為6mm。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傅立葉透鏡系統(tǒng)，其中在該傅立葉透鏡系統(tǒng)的像面位置，還包4舌第一直角反射鏡，位于像面和光軸的交點(diǎn)，將照明光束沿光軸反射；第二直角反射鏡，將照明光束反射至該第一直角反射鏡。全文摘要本發(fā)明提出一種傅立葉透鏡系統(tǒng)，從物面至像面沿其光軸方向依次包括第一凸透鏡、彎月厚透鏡以及第二凸透鏡。該第一凸透鏡，該彎月厚透鏡和該第二凸透鏡之間的沿軸空氣間隙小于20毫米。本發(fā)明揭露的傅立葉透鏡系統(tǒng)具有較大數(shù)值孔徑和角視場(chǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，工作距較長(zhǎng)。文檔編號(hào)G02B13/00GK101482644SQ20081020435公開日2009年7月15日申請(qǐng)日期2008年12月10日優(yōu)先權(quán)日2008年12月10日發(fā)明者俊關(guān)申請(qǐng)人:上海微電子裝備有限公司