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没有发现缺陷-检验微光学元件

微光学组件用于与照明或成像有关的许多产品中。这些组件的质量控制具有挑战性,因为检查必须高度准确且无创。徕卡DCM 3D测量显微镜结合了共焦和干涉技术,可以纳米精度和超快速度表征这些组件,尽管它们通常具有抛光和弯曲的表面,难以检查。

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微光学元件可用于广泛的应用。例如,在投影仪的LCD显示器前面有一个微透镜阵列,因此微透镜在显示器的每个像素前面都处于活动状态。这使得可以使用经济的灯,包括诸如LED的半导体光源。另一个例子是菲涅耳透镜,用于集中来自强力白光LED的光。最终的设计非常小巧,紧凑,但具有高光产出,高透明度和低功耗的特点。因此,这些白光LED是数码相机中闪光灯的理想替代品。微光学还有助于提高生物医学应用内窥镜的成像性能,或支持实现LOC(芯片实验室)系统以比较组织样本或化学物质。如今,微透镜对于将光聚集在微观波导,光学耦合器(例如VCSEL)和称为MOEM的微系统中必不可少。

光刻,融合或复制

生产微光学组件的技术取决于特定的应用,所需的表面质量,所需的可靠性以及这些组件的最终成本。三种最常见的生产技术是光刻,熔融和复制。光刻方法最初是在微电子领域开发的,用于生产结构化涂层或表面轮廓。通过这种方法,使用激光或电子束在感光膜中写入3D图案,显影后通过反应离子工艺将3D图案施加到基板上。这种光刻技术适用于波导结构,微光学自由空间元件和衍射光学元件。

融合技术用于产生屈光分量。它提供高质量的结果,并且非常简单。小型圆柱体采用传统的光刻方法制成。由于熔化过程引起的表面张力,因此可以生产出质量极高的小型平凸透镜。光刻和融合是极其精确的方法。但是,鉴于对微透镜的需求不断增长,一些制造商使用复制技术来获得更高的数量。通常,采用成型工艺以高质量的母版在硬质玻璃上制造氧化硅或环氧树脂的复制品。

图2(右):线性透镜阵列。在环氧材料(离子蚀刻原版)上的圆柱透镜阵列的副本。数据以50x,0.8记录 不使用物镜的地形缝合法。样品的总视野为0.4 × 3.18 毫米,某些地方的表面坡度大于30°。因此,需要进行地形拼接以描绘整个镜头组。镜片之间的间距为1 毫米,总高度超过90 µm.


图3:码型发生器。平均身高为700 nm,线宽从1开始 µm to 7 微米壁倾角为50°。 100倍,0.9 NA物镜用于该测量。

非接触式高精度测量

用于测量微光学组件的仪器必须满足两个重要标准:它们必须能够实现非接触式测量,并同时具有高精度。接触轮廓仪不是非破坏性的,但能够记录完整镜片的轮廓,而与反射率和斜度无关。对于具有平均高度比的表面特征或在涂层下的波导,使用白光干涉仪。但是,由于干涉仪的设计,可测量的最大斜率受到物镜数值孔径的限制,对于高放大倍率,数值孔径通常小于0.5。

徕卡 DCM 3D双核测量显微镜使用的物镜具有高达0.95 NA的数值孔径和高光通量,即使在抛光的表面上也能以1的再现性进行测量 nm,倾斜度最高可达70°。测量完整的透镜或透镜阵列的另一种选择是形貌拼接。具有高数值孔径的物镜通常还会提供高放大倍率,从而将视场减小到几百微米。为了扩大视野,徕卡软件 DCM 3D完全自动控制电动载物台并测量多个单独的地形。最后,该软件再次自动生成具有扩展视场的最终地形,并保留单个场的原始属性。