DD221851B1 - Anordnung zur justierung und objektiven bildgutebewertung optischer systeme - Google Patents

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung dient der Darstellung von Abbildungsfehlern rotationssymmetrisch aufgebauter optischer Systeme und kann bei der Justierung und zur objektiven Bildgütebewertung besonders bei optischen Hochleistungssystemen im sichtbaren und nichtsichtbaren Spektralbereich monochromatisch als auch polychromatisch eingesetzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß die Bewertung der Abbildungsleistung optischer Systeme über die Wellenflächenanalyse, die Messung der Modulationsübertragungsfunktion (MÜF) sowie die Auswertung von Testaufnahmen auf fotografischen Schichten erfolgt. Nachteil dieser Methoden ist, daß sie nicht, oder nur mit erheblichem Aufwand, für den Einsatz in dem Prozeß der Justierung und Serienprüfung optischer Systeme geeignet sind. Die Ergebnisse der Wellenflächenanalyse sind erst nach einem aufwendigen Rechenprogramm bei Berücksichtigung der partiell kohärenten Beleuchtung bei fotolithografischen Systemen nutzbar. Der Aufwand der Messungen im Bildfeld steigt erheblich. Beim Vorhandensein unsymmetrischer Restaberrationen des optischen Systems sind keine eindeutigen Rückschlüsse auf die Justierschritte möglich. Ähnliches trifft auf die MÜF— Messung zu. Eine praktische Korrektur optischer Systeme nach der MÜF ist nicht bekannt.

Die Anfertigung und Auswertung von Testaufnahmen beinhaltet alle Nachteile der Naßstrecke und ist zeitlich und materiell sehr aufwendig; subjektive Einflüsse sind nicht ausschließbar. Alle visuellen Justier- und Prüfverfahren sind nicht objektiv und im nichtsichtbaren Spektralbereich nicht anwendbar. Inkohärente Methoden liefern keine bzw. eingeschränkte Aussagen bei partiell kohärent arbeitenden optischen Systemen.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung soll eine ökonomische objektive Bildgütebewertung optischer Systeme im sichtbaren und nichtsichtbaren Spektralbereich ermöglichen und in der Serienproduktion sowohl in der Grobjustierung als auch in der Feinjustierung einsetzbar sein.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Bildgütebewertung und Justierung optischer Systeme unter Ausschluß subjektiver visueller Methoden zu schaffen, bei der die Ergebnisse des Justiervorganges direkt und in unmittelbarer Folge sichtbar gemacht und bewertet werden können und dadurch eine zielgerichtete Justierung optischer Systeme im Fertigungsprozeß möglich ist. Darüber hinaus soll die Erfindung im sichtbaren und im nichtsichtbaren Spektralbereich einsetzbar sein.

Die Aufgabe löst eine Anordnung zur Justierung und objektiven Bildgütebewertung optischer Systeme, bestehend aus einer homogenen Kreislichtquelle, einer in der Objektebene eines zu untersuchenden optischen Systems befindlichen und von der Kreislichtquelle beleuchteten Spaltblende, dem zu untersuchenden optischen System, einer in der Bildebene des zu untersuchenden optischen Systems angeordneten verschiebbaren Spaltblende, in Lichtrichtung hinter der verschiebbaren Spaltblende befindlichen und auf die Spalte ausrichtbaren Fotoempfängern und aus einer mit den Fotoempfängern verbundenen Einrichtung zum Registrieren der Bildintensitätsverteilung, erfindungsgemäß dadurch, daß die in der Objektebene des zu untersuchenden optischen Systems befindliche Spaltblende mindestens eine aus einer geradzahligen Anzahl Spalte bestehende Spaltanordnung aufweist, daß die Spalte zwei orthogonal zueinander angeordnete Spaltgruppen bilden und jede Spaltgruppe die gleiche Anzahl Spalte aufweist, daß jede Spaltgruppe mindestens ein Spaltpaar, das aus je einem schmalen und einem breiteren Spalt gebildet ist, besteht, daß die Breite der schmalen Spalte und der Abstand zwischen den Spalten innerhalb einer Spaltgruppe im Bereich zwischen λ/η · sin σ und 0,5 λ/π sin σ liegt, daß die Breite der breiteren Spalte im Bereich zwischen 2,5λ/η · sine und 3,5λ/η sino liegt, wobei λ die Wellenlänge des Lichtes im Vakuum und η · sin σ die objektseitige numerische Apertur bedeutet, daß die Größe des Lichtquellenbildes in der Eintrittsquelle des zu prüfenden optischen Systems bis zu einem Radienverhältnis der Lichtquellenberandung zu Eintrittspupillenberandung von 0,1:1 variierbar ist, daß die in der Bildebene des zu prüfenden optischen Systems befindliche Spaltblende, entsprechend der Anzahl der auf der in der Objektebene angeordneten Spaltblende vorhandenen Spaltanordnungen, je zwei orthogonal zueinander angeordnete Einzelspalte aufweist, deren Breite kleiner als 0,2 λ/η' sin σ'ist, wobei λ die Wellenlänge des Lichtes im Vakuum und n'sino'die bildseitige numerische Apertur des zu prüfenden optischen Systems ist.

Es ist vorteilhaft, wenn jede Spaltgruppe der in der Objektebene befindliche Spaltblende aus mindestens zwei Spaltpaaren besteht, wobei sich in einer Spaltgruppe die schmalen und in der anderen Spaltgruppe die breiteren Spalte gegenüberstehen. Es ist weiterhin vorteilhaft, eine Dimensionierung von 0,75 λ/η · sin σ für die schmalen Spalte und 2,75λ/η · sinσbisЗλ/n · sin σ für die breiteren Spalte der in der Objektebene befindlichen Spaltblende zu wählen, wobei der Abstand der Spalte in einer Spaltgruppe 0,75λ/η · sin σ beträgt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1: zeigt eine Anordnung zur Justierung und objektiven Bildgütebewertung optischer Systeme.

Fig.2: zeigt eine in der Objektebene anordenbare Spaltblende vorzugsweise für die Messung am Bildrand.

Fig.3: zeigt eine in der Objektebene anordenbare Spaltblende vorzugsweise für die Messung in der Bildmitte.

Fig. 4: zeigt eine in der Bildebene anordenbare Spaltblende.

Fig. 5: zeigt für ein Beispiel dargestellte Bildintensitätsverteilungen im inkohärenten und im partiell kohärenten Fall.

Einer homogenen Kreislichtquelle 1 mit einer Blende zur Regulierung der Größe des Lichtquellenbildes in der Eintrittspupille eines Prüflings 2, ist in der Objektweite vom Prüfling 2 eine Spaltblende 6 nachgeordnet. In Lichtrichtung, der Spaltblende 6 folgend, ist der Prüfling 2 und in der Bildebene des Prüflings 2 eine bewegbare Spaltblende 7 angeordnet. Der Spaltblende 7 folgen auf ihre Spalte ausrichtbare Fotoempfänger 3, die mit einer Versorgungseinheit 4 und einem Schreiber zur Registrierung der Bildintensitätsverteilung verbunden sind (Fig. 1).

Die Spaltblende 6 (Fig. 2) weist fünf Spaltanordnungen 8 auf. Jede Spaltanordnung 8 besteht aus je zwei Spaltgruppen 9, wobei die Spalte einer Gruppe orthogonal zu den Spalten der anderen Gruppe angeordnet sind. Jede Spaltgruppe 9 besteht aus zwei Spalten 12 mit einer Breite um 0,75 λ/η · sin σ und zwei Spalten 11 mit einer Breite um 3 λ/η · sin σ, wobei η · sin σ die numerische Apertur des zu prüfenden optischen Systems 2 ist.

Der Abstand zwischen den Spalten einer Spaltgruppe beträgt 0,75λ/η · sin σ. Die Anordnung der Spalte 11 und 12 in den Spaltgruppen 9 erfolgt so, daß sich in einer Gruppe zwei Spalte 11 zwischen zwei Spalten 12 und in der anderen Gruppe zwei Spalte 12 zwischen zwei Spalten 11 befinden. Diese Anordnung ist insbesondere für Messungen am Bildrand geeignet. Für Messungen in der Mitte des Bildes wird vorzugsweise eine Spaltblende 6 gemäß Fig.3 verwendet. Die Spaltblende weist vier Spaltpaare mit je einem Spalt 11 der Breite 3λ/η · sin σ und einem Spalt 12 der Breite 0,75 λ/η sin σ auf, wobei die Spaltpaare gleichmäßig um einen Meßpunkt 14 so angeordnet sind, daß die einen sich gegenüberliegenden Spaltpaare jeweils mit dem schmalen Spalt 12 und die anderen sich gegenüberliegenden Spaltpaare jeweils mit den Spalt 11 dem Meßpunkt 14 näher liegen. In der Spaltblende 7 (Fig. 4) sind, entsprechend der Zahl der Spaltanordnungen 8 in der Spaltblende 6, fünf Spaltkreuze aus Spalten 13 vorgesehen, wobei jeder Spalt 13 eine Breite kleiner als 0,2 λ/η' · sin σ' aufweist und n' · sin σ die bildseitige numerische Apertur des Prüflings ist. Das Lichtquellenbild in der Eintrittspupille des zu prüfenden optischen Systems 2 ist bis zu ,einem Radienverhältnis der Lichtquellenberandung zur Eintrittspupillenberandung von 0,1:1 variierbar.

Mit der gezeigten Anordnung mit der Spaltblende 6 gemäß Figur 2 werden ein oder mehrere partiell kohärent beleuchtete Spaltanordnungen 8 durch das zu prüfende optische System 2 in der Bildebene abgebildet. Durch eine Relativbewegung von Spaltblende und Objektiv zueinander um die optische Achse kann in jeder beliebigen Orientierung die Justierung des optischen Systems überprüft werden, wobei z. B. die Längsverschiebung des an der zu messenden Bildstelle angeordneten Spaltkreuzes der Spaltblende 7 erfolgt und über die Fotoempfänger 3 und die Registriereinrichtung 5 die Intensitätsverteilung 3 und die Registriereinrichtung 5 die Intensitätsverteilung gemessen und aufgezeichnet wird.

Die Prüfung erfolgt, indem der Prüfling mit möglichst hoher Kohärenz (Radienverhältnis nahe 0,1) geprüft wird, da hier weit stärker als bei der Beleuchtung im anwendungsorientierten Fall die Auswirkung vorhandener Justier- und Montagefehler sichtbar werden sowie die Auswirkungen der verbteibenden Restfehler auf den anwendungsorientierten justierunempfindlichenFall geringer Kohärenz (Radienverhältnis nahe 1) oder Inkohärenz überprüft werden. Aus der Bildintensitätsverteilung bei Messung mit hoher Kohärenz und der Messung im anwendungsorientierten Fall werden Justierkriterien und Justierschritte gewonnen, dementsprechend eine Justierung erfolgt. Anschließend erfolgt eine erneute Überprüfung sowohl mit hoher als auch mit geringer Kohärenz. Dieser Vorgang Justierung, Messung mit niedriger und Messung mit hoher Kohärenz wird wiederholt, bis das optische System 2 das gewünschte Ergebnis zeigt.

Claims (3)

1. Anordnung zur Justierung und objektiven Bildgütewertung optischer Systeme, bestehend aus einer homogenen Kreislichtquelle, einer in der Objektebene eines zu untersuchenden optischen Systems befindlichen und von der Kreislichtquelle beleuchteten Spaltblende, dem zu untersuchenden optischen System, einer in der Bildebene des zu untersuchenden optischen Systems angeordneten verschiebbaren Spaltblende, in Lichtrichtung hinter der verschiebbaren Spaltblende befindlichen und auf die Spalte ausrichtbaren Fotoempfängern und aus einer mit den Fotoempfängern verbundenen Einrichtung zum Registrieren der Biidintensitätsverteilung, gekennzeichnet dadurch, daß die in der Objektebene des zu untersuchenden optischen Systems (2) befindliche Spaltblende (6) mindestens eine aus einer geradzahligen Anzahl Spalte (11) (12) bestehende Spaltanordnung (8) aufweist,

daß die Spalte (11) (12) zwei orthogonal zueinander angeordnete Spaltgruppen (9) bilden und jede Spaltgruppe (9) die gleiche Anzahl Spalte (11) (12) aufweist, daß jede Spaltgruppe (9) mindestens ein Spaltpaar, das aus je einem schmalen (12) und einem breiten Spalt (11) gebildet ist, besteht,

daß die Breite der schmalen Spalte (12) und der Abstand (10) zwischen den Spalten innerhalb einer Spaltgruppe (9) im Bereich zwischen λ/η · sin σ liegt, daß die Breite der breiteren Spalte (11) im Bereich zwischen 2,5 λ/η · si η σ und 3,5 λ/η · sin σ liegt, wobei λ die Wellenlänge des Lichtes im Vakuum und η · sin σ die objektseitige numerische Apertur bedeutet, daß die Größe des Lichtquellenbildes in der Eintrittspupille des zu prüfenden optischen Systems (2) bis zu einem Radienverhältnis der Lichtquellenberandung zu Eintrittspupillenberandung von 0,1:1 variierbar ist, daß die in der Bildebene des zu prüfenden optischen Systems (2) befindliche Spaltblende (7) entsprechend der Anzahl der auf der in der Objektebene angeordneten Spaltblende

(6) vorhandenen Spaltanordnungen (8), je zwei orthogonal zueinander angeordnete Einzelspalte

(11) (12) aufweist, deren Breite kleiner als 0,2λ/η' · sin σ' ist, wobei λ die Wellenlänge des Lichtes im Vakuum undn' sin σ'die bildseitige numerische Apertur des zu prüfenden optischen Systems ist.

2. Anordnung nach Punkt 1 dadurch gekennzeichnet, daß jede Spaltgruppe (9) der in der Objektebene befindlichen Spaltblende (6) aus mindestens zwei Spaltpaaren besteht wobei sich in einer Spaltgruppe die schmalen (12) und in der anderen Spaltgruppe die breiten Spalte (11) gegenüberliegen.

3. Anordnung nach Punkt 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die in der Objektebene befindliche Spaltblende (6) schmale Spalte (12) der Breite 0,75λ/η · sino und Spalte (11), deren Breite im Bereich 2,75λ/η sin σ bis 3λ/η · sino liegt, aufweist, wobei der Abstand (10) der Spalte (11) (12) in einer Spaltgruppe (9) 0,75λ/η sino beträgt.