用于制造包含至少兩個(gè)光學(xué)元件的波前校正的光學(xué)裝置的方法
【專利說(shuō)明】用于制造包含至少兩個(gè)光學(xué)元件的波前校正的光學(xué)裝置的 方法
【背景技術(shù)】
[0001] 當(dāng)制造光學(xué)裝置、尤其是高性能光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，對(duì)整體光學(xué)裝置的容差和由此產(chǎn)生 的單獨(dú)部件的允許容差提出非常嚴(yán)格的要求。
[0002] 單獨(dú)部件與理論上理想的形狀和理想的光學(xué)行為之間的偏差常常表現(xiàn)為穿過(guò)該 光學(xué)裝置的光束的波前誤差的形式。波前誤差理解為距離理想波前（例如，理想平面式波 前（平面波）或理想球面式波前（球波））的波前（相同相的軌跡）的二維或=維偏差。
[0003] 具有窄容差限的單獨(dú)部件的制造和使用就制造工藝而言是復(fù)雜的，會(huì)產(chǎn)生許多廢 料，需要的測(cè)量耗費(fèi)高，并因此是昂貴的，并且難于W較大數(shù)目進(jìn)行制造。
[0004] 正如例如從EP0 823 976B1中已知，將單獨(dú)部件的制造復(fù)雜性降低到最低限度 的一個(gè)可能性是，在光學(xué)裝置的光束路徑中引入至少兩個(gè)預(yù)制光學(xué)補(bǔ)償元件W補(bǔ)償波前變 形（=波前誤差）。為此，使用波前測(cè)量?jī)x器測(cè)量該光學(xué)裝置的波前誤差。根據(jù)測(cè)量結(jié)果選 擇光學(xué)補(bǔ)償元件。該個(gè)解決方案的缺點(diǎn)在于，需要提供一定數(shù)目的光學(xué)補(bǔ)償元件，需要在該 光學(xué)裝置中設(shè)置其他元件，并且該些光學(xué)補(bǔ)償元件的組裝復(fù)雜性和空間要求高。
[0005] 從DE102 58 715B4已知另一個(gè)途徑。在其中公開(kāi)的用于制造光學(xué)裝置的方法 中，該光學(xué)裝置為帶有多個(gè)光學(xué)元件的光學(xué)成像系統(tǒng)的形式，首先組裝該光學(xué)裝置。在該種 情況下，將光學(xué)元件布置在它們的正確位置。隨后，測(cè)量該組裝后的光學(xué)裝置，并在光學(xué)裝 置的出射光瞳中或該出射光瞳的共輛面內(nèi)W空間解析方式測(cè)定波前誤差。在下一步中，在 該些光學(xué)元件的至少一個(gè)處選擇至少一個(gè)被提供為校正非球面（KoiTekturasph站e)的校 正區(qū)域，并計(jì)算該校正區(qū)域的拓?fù)浜?或折射率分布，藉此可實(shí)現(xiàn)該光學(xué)裝置的所測(cè)定的 波前誤差的校正。為了能夠根據(jù)計(jì)算出的該校正區(qū)域的拓?fù)浜?或折射率分布進(jìn)行必要的 改變，從光學(xué)裝置移除該至少一個(gè)校正非球面并W空間解析方式對(duì)其進(jìn)行處理。在該里重 要的是，在完成處理之后將該校正非球面W正確坐標(biāo)，即，利用在計(jì)算校正值（拓?fù)浜?或 折射率分布）中使用的對(duì)齊與旋轉(zhuǎn)位置再次裝入該光學(xué)裝置中，從而實(shí)現(xiàn)所希望的波前誤 差校正效果。補(bǔ)償元件校正各個(gè)光學(xué)元件的誤差總和。
[0006] 該個(gè)程序的一個(gè)缺點(diǎn)在于，首先必須在實(shí)際上組裝該光學(xué)裝置，然后再部分拆卸， 接著再組裝，并且如果需要的話進(jìn)行再調(diào)整。因此，需要額外的工作步驟來(lái)制造該光學(xué)裝 置。
[0007] 根據(jù)DE10 2005 022 459A1的解決方案，已知一種用于優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)的品質(zhì)的 方法，該光學(xué)系統(tǒng)包括至少兩個(gè)具有光學(xué)有效表面的元件（光學(xué)元件）。通過(guò)測(cè)定表面形狀 的實(shí)際形狀與預(yù)定形狀的偏差，且隨后通過(guò)計(jì)算機(jī)算出相關(guān)的特定波前誤差，從單個(gè)光學(xué) 元件或從光學(xué)元件組測(cè)定產(chǎn)生的特定波前誤差。然而，該唯一披露的計(jì)算規(guī)則在該里不適 合于特定波前誤差的場(chǎng)依賴型模擬。在計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算機(jī)預(yù)先確定該光學(xué)系統(tǒng) 的預(yù)期總波前誤差，并且測(cè)定通過(guò)哪些表面形狀可校正該總波前誤差，其中采用測(cè)定的特 定波前誤差作為基礎(chǔ)。在至少一個(gè)表面上形成該些確定的表面形狀，并且直到那時(shí)在實(shí)際 上組裝該光學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)DE10 2005 022 459A1的程序，W場(chǎng)獨(dú)立的方式校正該些波前 誤差。該個(gè)途徑對(duì)于場(chǎng)依賴型光學(xué)系統(tǒng)（例如，投影透鏡）而言不是便利的，因?yàn)閳?chǎng)點(diǎn)的波 前誤差需要個(gè)別（=場(chǎng)點(diǎn)依賴型）校正。根據(jù)DE10 2005 022 459A1，W相同的波前（相 函數(shù)）校正每個(gè)波前誤差，因此校正潛力未充分發(fā)揮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明是W提出一種方法為基本目的，藉此方法能夠高效制造波前校正的光學(xué)裝 置。
[0009] 通過(guò)一種用于制造包括至少兩個(gè)光學(xué)元件的波前校正的光學(xué)裝置的方法可實(shí)現(xiàn) 該個(gè)目的，其中在步驟a)中測(cè)定該光學(xué)裝置的總波前誤差；在步驟b)中將該總波前誤差與 該總波前誤差的允許容差范圍比較；在步驟C)中如果超過(guò)該允許容差范圍時(shí)，則選擇該些 光學(xué)元件中的至少一個(gè)，并且在步驟d)中改變?cè)撝辽僖粋€(gè)選定光學(xué)元件的光學(xué)特性，使得 該光學(xué)裝置的測(cè)定的總波前誤差處于該允許容差范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于， 在步驟a)之前進(jìn)行的步驟a-2)中，在每一種情況下都通過(guò)給該些光學(xué)元件指定各自的標(biāo) 識(shí)符而將該些光學(xué)元件個(gè)體化。該各個(gè)標(biāo)識(shí)符例如可為光學(xué)元件安裝件上的識(shí)別號(hào)、字母、 數(shù)字和字符的組合、或條形碼。該標(biāo)識(shí)符也可存在于一個(gè)表面上，例如該光學(xué)元件的周面。 各個(gè)光學(xué)元件的一對(duì)一儲(chǔ)存位置（例如，在倉(cāng)庫(kù)中）也可用作個(gè)別的標(biāo)識(shí)符，而不是該光 學(xué)元件在實(shí)體上含有標(biāo)識(shí)符。按正確坐標(biāo)測(cè)量所有個(gè)體化的光學(xué)元件的各自的表面誤差， 并將測(cè)得的各個(gè)表面誤差按正確坐標(biāo)W其中該些正確坐標(biāo)指定給對(duì)應(yīng)的個(gè)體化的光學(xué)元 件的方式儲(chǔ)存。在該里有用的是，對(duì)于每個(gè)光學(xué)元件都獲得一個(gè)標(biāo)記，據(jù)此標(biāo)記可推導(dǎo)出光 學(xué)元件的特定旋轉(zhuǎn)位置。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可將該標(biāo)識(shí)符用作該標(biāo)記，該標(biāo)記可W 是該標(biāo)識(shí)符的一部分，或者將該標(biāo)記整合在該標(biāo)識(shí)符中。在同樣在步驟a)之前進(jìn)行的步驟 a-1)中，用個(gè)體化的光學(xué)元件虛擬地制造該光學(xué)裝置，從而產(chǎn)生虛擬光學(xué)裝置。在步驟a) 中，通過(guò)根據(jù)各個(gè)表面誤差并且覆蓋所有場(chǎng)點(diǎn)進(jìn)行的計(jì)算來(lái)測(cè)定虛擬光學(xué)裝置的總波前誤 差。該結(jié)果為計(jì)算的總波前誤差，其中該總波前誤差是覆蓋所有場(chǎng)點(diǎn)的波前誤差的總和，從 而使得能同時(shí)為所有場(chǎng)點(diǎn)作出總波前誤差的校正。
[0010] 在步驟b)中，將計(jì)算的總波前誤差與總波前誤差的允許容差范圍比較。步驟d) 中，虛擬地改變?cè)撝辽僖粋€(gè)選定的個(gè)體化的光學(xué)元件的光學(xué)特性，使得該光學(xué)裝置的計(jì)算 的總波前誤差處于允許容差范圍內(nèi)。在步驟e)中，將該至少一個(gè)選定的個(gè)體化的光學(xué)元件 的光學(xué)特性的虛擬地實(shí)現(xiàn)的改變作為加工數(shù)據(jù)予W儲(chǔ)存并且使其可得，W便它們可被反復(fù) 調(diào)用。最后，在步驟f)中，根據(jù)加工數(shù)據(jù)加工該至少一個(gè)選定的個(gè)體化的光學(xué)元件，并用個(gè) 體化的光學(xué)元件制造該光學(xué)裝置。在步驟f)之后，該光學(xué)裝置已制成并且W實(shí)體形式實(shí)際 存在。
[0011] 波前誤差是實(shí)際波前距離理想波前（例如球波或平面波）的偏差。波前誤差例如 會(huì)導(dǎo)致賽德?tīng)枺⊿eidel)像差、像場(chǎng)彎曲、點(diǎn)像和失真。失真可被描述成波前的傾斜。
[0012] 總波前誤差應(yīng)該被理解為表示覆蓋所有場(chǎng)點(diǎn)的波前誤差的總和。根據(jù)本發(fā)明的方 法的優(yōu)點(diǎn)在于可能作出場(chǎng)依賴型模擬，并且可W同時(shí)為所有場(chǎng)點(diǎn)優(yōu)化總波前誤差。在本說(shuō) 明書(shū)的含義內(nèi)，場(chǎng)點(diǎn)也可W是物點(diǎn)。在該里，該總波前誤差被優(yōu)化為使得它處于允許容差范 圍內(nèi)。
[0013] 場(chǎng)（視場(chǎng)（fieldofview)的簡(jiǎn)稱）在該里應(yīng)該理解為表示所有場(chǎng)點(diǎn)的總和。
[0014] 場(chǎng)點(diǎn)是光束的起點(diǎn)或起始角度。場(chǎng)點(diǎn)是場(chǎng)內(nèi)可通過(guò)坐標(biāo)指示的位置。在該里的總 光束是所有光束的合并。
[0015] 術(shù)語(yǔ)場(chǎng)依賴型模擬意指根據(jù)場(chǎng)點(diǎn)來(lái)計(jì)算（模擬）任何一個(gè)表面對(duì)造成波前誤差的 影響。典型地，一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)具有多個(gè)透鏡，其中不同場(chǎng)點(diǎn)的光束穿過(guò)差異很大的體積（特 別是表面的多個(gè)部分）（被稱為場(chǎng)側(cè)透鏡）。在被稱為瞳側(cè)透鏡的其他透鏡、或光學(xué)有效面 中，來(lái)自不同場(chǎng)點(diǎn)的光束穿過(guò)幾乎相同的體積。在模擬中必須將光束差異性地穿過(guò)其中的 體積考慮在內(nèi)。因此，場(chǎng)側(cè)透鏡特別適合用來(lái)校正場(chǎng)依賴型波前誤差。
[0016] 在本說(shuō)明書(shū)關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法的描述中，術(shù)語(yǔ)校正應(yīng)該被理解為表示相對(duì)于 目標(biāo)值優(yōu)化總波前誤差（允許容差范圍）。如果總波前誤差大于或小于該目標(biāo)值，則適當(dāng)?shù)?校正是必要的，使得總波前誤差再次匹配該目標(biāo)值。通過(guò)仔細(xì)實(shí)施該校正，該總波前誤差被 優(yōu)化。
[0017] 光學(xué)元件在其范圍內(nèi)并不理想，但具有由材料和制造方法引起的小偏差（表面誤 差、不規(guī)則）。在該里，例如，光學(xué)元件表面的個(gè)別區(qū)域在每一種情況下都個(gè)別地影響由該光 學(xué)元件引起的波前誤差。所述各個(gè)表面誤差例如可通過(guò)觸覺(jué)手段、通過(guò)干設(shè)儀或通過(guò)條帶 投影進(jìn)行測(cè)量。
[0018] 對(duì)于本發(fā)明至關(guān)重要的是W下認(rèn)識(shí)；個(gè)別的個(gè)體化的光學(xué)元件的安裝件、材料均 勻性和涂層僅僅在微小的程度上引起該總波前誤差。造成光學(xué)裝置的總波前誤差的最顯著 影響來(lái)自于表面的不規(guī)則。因此，僅基于個(gè)體化的光學(xué)元件的坐標(biāo)校正測(cè)量數(shù)據(jù)就可能計(jì) 算出光學(xué)裝置的總波前誤差。坐標(biāo)校正意味著將造成個(gè)別的波前誤差的影響指定給所考慮 光學(xué)元件的對(duì)應(yīng)區(qū)域，并且在知曉該光學(xué)元件的對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)位置的情況下，該些區(qū)域的空間 布置和由此引起的波前誤差是已知的。旋轉(zhuǎn)位置例如可相對(duì)于固定參考點(diǎn)和/或參考平面 (例如在實(shí)驗(yàn)室或制造設(shè)施中的固定坐標(biāo)系）加W定義。
[0019] 在根據(jù)本發(fā)明方法的第一個(gè)實(shí)施例中，僅考慮遵循個(gè)別的波前誤差的允許容差限 的那些個(gè)體化的光學(xué)元件。在根據(jù)本發(fā)明方法的另一個(gè)實(shí)施例中，還使用了未遵循允許容 差限的個(gè)體化的光學(xué)元件。利用根據(jù)本發(fā)明的方法，由于總波前誤差被優(yōu)化，使得可能W有 利的方式使用要不然會(huì)需要被淘汰或再加工的個(gè)體化的光學(xué)元件。
[0020] 術(shù)語(yǔ)總波前誤差是指將要在實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的方法過(guò)程中測(cè)量的目標(biāo)值。該目標(biāo) 值例如也可W在將總波前誤差分解成澤巧克狂ernike)系數(shù)之后W單獨(dú)的澤巧克系數(shù)獲 得。該目標(biāo)值可被改變?yōu)槭沟每蒞按有針對(duì)性的方式影響該總波前誤差。
[0021] 如果在步驟a)中產(chǎn)生一定數(shù)目的虛擬光束（=總光束的分光束）并計(jì)算出當(dāng)其 穿過(guò)該虛擬光學(xué)裝置時(shí)的行為，則實(shí)現(xiàn)