兼容1亿像素和16K相机的高精度大靶面双侧远心镜头的制作方法

本发明属于半导体自动化光学检测领域，具体涉及一种兼容1亿像素和16k相机的高精度大靶面双侧远心镜头。

背景技术：

1、随着国内半导体产业的兴起，半导体相关的检测需求越来越大，高精密光学检测在半导体检测中必不可少。随着半导体检测设备的需求增长，配套的大靶面高精度测量镜头需求随之增长迅速。为了提高检测速度，迫切需要大面阵高倍率的高精度双侧远心镜头。传统的做法是利用显微物镜配合运动平台一起使用，由于显微物镜是非远心设计，且运动平台存在震动时，系统的光学放大倍率会随着震动的上下位置而改变，从而出现精度高测不准的问题，会降低设备最终的检测精度。为了提高测量速度，同时又能保证整个系统的测量精度，大面阵高倍率的高精度双侧远心镜头需求迫切。

2、公开号cn114252447a公开了一种多功能性半导体光学系统以及光学检测方法，多功能性半导体光学系统包括支架主体、张角切换装置以及变焦式图像捕获装置。支架主体对应设置在检测平台的一侧，具有第一支点以及第二支点。张角切换装置具有固定端，枢设在支架主体的第一支点上、以及活动端，依据控制指令，相对固定端移动。变焦式图像捕获装置设置在倾斜支架上，倾斜支架的一端枢设在支架主体的第二支点上，倾斜支架的另一端枢接在张角切换装置的活动端上，配合活动端控制倾斜支架与支架主体之间的张角，从而自动调整变焦式图像捕获装置对应于检测平台的取像角度。本发明可以适用于各类型产品的产线，相较于现有的光学检测设备具有更高的应用弹性。该申请设备费用太高，检测精度一般。

3、公开号cn210005771u公开了双侧远心镜头，包括镜筒，所述镜筒内具有沿其轴向依次设置的第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片、第七镜片、第八镜片、光阑、第九镜片、第十镜片、第十一镜片及第十二镜片；第一镜片的相对两侧、第二镜片的相对两侧、第三镜片靠近第二镜片的一侧、第四镜片的相对两侧、第六镜片的相对两侧、第七镜片远离第六镜片的一侧、第九镜片的相对两侧及第十二镜片的相对两侧分别为凸面；第三镜片远离第二镜片的一侧、第五镜片的相对两侧、第七镜片靠近第六镜片的一侧、第十镜片的相对两侧及第十一镜片的相对两侧分别为凹面；所述第八镜片为柱面镜。能够实现2.8倍的高倍率且能够支持大靶面相机。但是该申请镜头无法兼容更高像素高精度相机。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种兼容1亿像素和16k相机的高精度大靶面双侧远心镜头。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、提供一种兼容1亿像素和16k相机的高精度大靶面双侧远心镜头，所述镜头从物面到像面沿着成像光路方向依次间隔设置有物面、第一镜面组、分光棱镜、光阑、第二镜片组和像面；所述第一镜片组包括沿着光路传播方向依次排列设置为第一双凸透镜，第一双胶合透镜和第二双胶合透镜；所述第二镜片组包括沿着光路传播方向依次排列设置凸凹透镜，第二双凸透镜，第一双凹透镜，第二双凹透镜，第三双凸透镜和第三双胶合透镜；其中所述透镜外径设置为40mm至80mm之间；所述第一镜片组和所述第二镜片组中各个透镜焦距和整个镜片组的焦距之比不大于5；所述第一镜片组与所述物面的间距不大于68mm；所述第二镜片组与所述像面的间距不大于69mm。

4、优选的，所述分光棱镜设置有45度半反半透分光面,其外形为边长35.12mm的直角分光棱镜且无内同轴照明光路，所述分光棱镜或者设置为厚度为35.12mm的圆柱镜片。

5、优选的，所述第一双胶合透镜由双凸透镜a1和凹凸透镜a2组成，所述第二双胶合透镜由双凸透镜a3和双凹透镜a4组成。

6、优选的，所述第三双胶合透镜由第三双凹透镜和第三双凸透镜组成。

7、优选的，所述第一镜片组的焦距为fg1，第二镜片组的焦距为fg2；fg1、fg2满足以下关系60mm＜|fg1|＜80mm，1％≤|(fg2/fg1-5)/5|≤1.5％。

8、优选的，所述第一镜片组：第一双凸透镜为正光焦度、焦距为fl1满足1＜|fl1/fg1|＜1.5；第一双胶合透镜为负光焦度、焦距为fl2满足3＜|fl2/fg1|＜4，第二双胶合透镜为正光焦度、焦距为fl3满足2＜|fl3/fg1|＜3。

9、优选的，所述第二镜片组：凸凹透镜为正光焦度、焦距为fl4满足0＜|fl4/fg2|＜0.5，第二双凸透镜为正光焦度、焦距为fl5满足0.1＜|fl5/fg2|＜0.2，第一双凹透镜为负光焦度、焦距为fl6满足0＜|fl6/fg2|＜0.1，第二双凹透镜为负光焦度、焦距为fl7满足0＜|fl7/fg2|＜0.1，第三双凸透镜为正光焦度、焦距为fl8满足0＜|fl8/fg2|＜0.5，第三双胶合透镜为正光焦度、焦距为fl9满足0＜|fl9/fg2|＜1。

10、优选的，所述双侧远心镜头与被测量物面距离第一双凸透镜距离为67.18mm，第三双胶合镜片距离像面距离为68.1mm。

11、优选的，所述光阑尺寸为直径12.3mm圆孔，控制本发明所述双侧远心镜头光圈为14.5。

12、优选的，第一双凸透镜外径为43mm，第一双胶合透镜外径为43mm，第二双胶合透镜外径为43mm，分光棱镜为边长35.12mm的直角分光棱镜或者为直径43mm厚度35.12mm的圆柱镜片，凸凹透镜外径为43mm，第二双凸透镜外径为43mm，第一双凹透镜外径为43mm，第二双凹透镜外径为43mm，第三双凸透镜外径为58mm，第三双胶合透镜外径为71mm。

13、目前，传统的做法是利用显微物镜配合运动平台一起使用，公开号cn114252447a公开了一种多功能性半导体光学系统以及光学检测方法，多功能性半导体光学系统包括支架主体、张角切换装置以及变焦式图像捕获装置，支架主体对应设置在检测平台的一侧，具有第一支点以及第二支点。张角切换装置具有固定端，枢设在支架主体的第一支点上、以及活动端，依据控制指令，相对固定端移动；由于光学系统是非远心设计，且运动平台存在震动时，系统的光学放大倍率会随着震动的上下位置而改变，从而出现精度高测不准的问题，会降低设备最终的检测精度。

14、公开号cn210005771u公开了一种双侧远心镜头，包括镜筒，所述镜筒内具有沿其轴向依次设置的第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片、第五镜片、第六镜片、第七镜片、第八镜片、光阑、第九镜片、第十镜片、第十一镜片及第十二镜片；虽然能够实现2.8倍的高倍率且能够支持大靶面相机。但是该申请镜头无法兼容高像素高精度相机。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

16、本发明利用第一镜片组、分光棱镜和第二镜片组的有机组合组成成像光路，实现5倍放大倍率成像，具有以下有益效果：

17、第一，可以实现被测量物面的高亮度内同轴照明，内同轴的设计不影响成像光路的光学成像质量；

18、第二，像方靶面尺寸58mm，可以适配16k(像元尺寸3.5um)线扫描相机，放大倍率5倍，物方视场范围11.6mm，光学畸变控制在0.026％以内，实现物像双远心设计，物像远心度控制在0.07度以内，降低了测量过程中由平台振动和相机法兰距误差带来的测量精度影响；

19、第三，镜头光谱范围可以实现400nm到700nm全可见光光谱覆盖，在实际测量过程中对照明系统光照颜色不敏感；

20、第四，可以实现11.6mm视场范围内物方光学分辨率1.8um(此时mtf＞30％)，配合计算成像、亚像素图像处理等方法可以实现百纳米级别的光学测量绝对精度；

21、第五，整个画幅面成像一致性好，解决了传统镜头中心成像质量好，边缘成像质量差的技术问题，保证了自动光学检测设备整个画面内检测精度的一致性。