超長工作距離物鏡及其在測量和加工中的應用

光學顯微鏡作為擴大樣本圖像觀察的裝置從16世紀中葉就開始廣為使用，是一種相當可靠的傳統裝置。作為一種有著漫長發展歷史的光學設備，其基本原理已經較為成熟，因此沒有大幅度變化。然而，為能夠不斷滿足日益增長的用戶需求，光學顯微鏡在功能和性能上一直不斷提高。近年來，以顯微鏡為基礎的非接觸3D視像測量儀、顯微分光裝置、干涉儀或帶有顯微鏡/激光的精細加工機器相繼問世。這些產品在傳統顯微鏡所具有的基本功能上，增加了許多新功能。此外，人們現在已經可以觀察到紅外線和紫外線的波長范圍，遠遠超過了可見光范圍。但物鏡顯微鏡的工作距離較短始終是這類設備應用的重要限制因素之一。本文將介紹的是三豐“FS物鏡顯微鏡系列”，其突出特點是工作距離長，可觀察波長范圍增大到近紅外線至紫外線范圍，從而使顯微鏡的應用范圍也大大提高，并且更易于操作。

2. 開發背景與目標
近年來，半導體集成產業以令人矚目的速度向前發展，隨之而來的是從微米級到亞微米級的更高精度檢驗需求。與此同時，各行業也正致力于開發出用于顯微鏡的新型、高性能物鏡，它們應該比傳統物鏡可操作性更強、分辨率更高、工作距離更長。同時，市場已提出對具有大數值孔徑和長工作距離產品的迫切需求。面對這種挑戰，三豐重新審度了原有物鏡的45mm等焦面距離標準，擴大了鏡頭的觀察范圍，將等焦面距離提高到95mm。經過不懈努力，三豐開發出具有高倍率、大數值孔徑（高分辨率）和長工作距離的新型高性能物鏡顯微鏡。（見圖1）

3. FS物鏡顯微鏡特點
FS顯微鏡采用無限遠校正光學系統，通過使用一個物鏡和一個成像透鏡（光學管鏡頭）生成圖像。色差校正可由物鏡和成像透鏡獨立完成。因此FS物鏡系列產品自身就是一個完整的光學系統。因此，該系列產品不僅可以單獨使用，而且還可以作為擴展系統的一部分，在擴展系統中，用戶可以根據個人喜好對成像透鏡進行設置，將物鏡組裝到自己現有的設備上。三豐可提供多種類型的成像透鏡和裝有這種光學系統的組合型視像顯微鏡VMU系列、高倍率顯微鏡FS70系列和VM-ZOOM系列、檢測用顯微鏡FS110T和高倍率測量顯微鏡MF系列。

圖1、不同等焦面距離物鏡的比較

表1、FS物鏡規格{數值孔徑（NA）/ 工作距離（mm）}

5. 超長工作距離物鏡典型應用
5-1. 半導體缺陷分析儀（探針臺）

使用探針臺（半導體缺陷分析儀的一種類型）進行顯微操作時，需要將探針（電極）插入顯微鏡下的鋁線圈，以進行傳導性檢測。（見圖2）

如果物鏡的工作距離過短，操作起來可能會非常困難。因此，這種情況下就需要使用超長工作距離物鏡，通過裝配三豐“FS 70系列”和“VM-ZOOM”，并與顯微鏡超長工作距離物鏡系列產品并用，能夠實現性能。M Plan Apo、M Plan NIR、M Plan NUV和M Plan UV等幾乎全部型號的FS物鏡系列產品，均可有效地用應于該領域。 

圖2 探測作業示意圖

圖3 激光加工光學系統范例

今天，測量儀器制造商正不斷地推出各種裝有顯微鏡系統的CNC視像測量儀，規格相當齊全。這些產品具有許多通用功能，例如降低檢測工作成本、提高工作效率，即使沒有經驗的用戶也可以用其得出精確的測量結果，改善了工作環境、工作更輕松等。 三豐已經開發出可測量多種工件的Quick Vision系列和Quick Scope系列等多款產品。這些產品也可使用超長工作距離物鏡。在視像測量儀領域，長工作距離物鏡的需求非常廣泛，尤其是能夠進行大階差工件測量的三豐產品。此款多功能產品應用范圍十分廣泛，深為用戶所青睞。

圖4 Quick Vision  Hybrid QVH250-PRO

圖5 通過平行平板玻璃觀察

6. 結論
上述“FS超長工作距離物鏡系列”具有長工作距離，可操作性更強，可觀察波長范圍更大，并成功實現了普通物鏡顯微鏡無法實現的許多功能。顯微鏡光學系統應用范圍的擴大得到了廣大用戶的一致肯定和歡迎。

FS超長工作距離物鏡系列，全面滿足了用戶的需求，并且每年都有許多新型號產品加入這一產品陣容。為繼續更好地服務用戶，三豐在未來的幾年中將進一步擴大“FS超長工作距離物鏡系列”的產品陣容。