DE102006035068A1 - Coherence reducer for e.g. microscope illumination, has lenses arranged in array, where normals of reference and array levels lie in level that intersects array level in array straight line - Google Patents

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Abstract

The reducer has a micro-lens array (3) with lenses (6), which are arranged in an array level and arranged along row and column directions. A coherent laser beam (P1) is diffracted at a diffraction grating (1) in a preset diffraction order and is impinged on the array as a diffracted laser beam (P2). A reference cross-section of the beam (P1) lies in a reference level. Normals of the levels stretch an angle between 0 degree and 90 degree and lie in a level that intersects the array level in an array straight line and implies an angle of 0 degree with the directions in the array level. An independent claim is also included for a method for reducing coherence of a coherent laser beam.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kohärenzminderer für ein zugeführtes kohärentes Strahlenbündel nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Verringerung der Kohärenz eines kohärenten Strahlenbündels nach dem Oberbegriff des Anspruches 11.The The invention relates to a coherence reducer for a supplied coherent ray beam according to the preamble of claim 1 and a method for reducing of coherence a coherent beam after the preamble of claim 11.

Ein solcher Kohärenzminderer und ein solches Verfahren sind z.B. in der WO 03/023833 A1 beschrieben, wobei aber hier nur die Kohärenz in Zeilen- oder Spaltenrichtung des Linsenarrays verringert wird. Eine Verringerung in der anderen Richtung (Spalten- bzw. Zeilenrichtung) ist der WO 03/023833 A1 nicht zu entnehmen, so daß bei der überlagernden Abbildung in die Feldebene und bei einer räumlichen Kohärenzlänge (= Kohärenzlänge im Strahlquerschnitt), die größer ist als der Linsendurchmesser, immer noch unerwünschte Interferenzen auftreten.Such a coherence reducer and such a method are eg in the WO 03/023833 A1 described, but here only the coherence in the row or column direction of the lens array is reduced. A reduction in the other direction (column or row direction) is the WO 03/023833 A1 not apparent, so that in the superimposed image in the field plane and at a spatial coherence length (= coherence length in the beam cross-section), which is greater than the lens diameter, still undesirable interference.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung einen Kohärenzminderer der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß unerwünschte Interferenzen bei der überlagernden Abbildung in die Feldebene so weit wie möglich vermieden werden. Ferner soll das Verfahren der eingangs genannten Art so weiter gebildet werden, daß unerwünschte Interferenzen bei der überlagernden Abbildung in die Feldebene verringert werden.outgoing It is the object of the invention to provide a coherence reducer of the type mentioned at the outset Refine the type so that unwanted interference at the overlaying Figure to be avoided in the field level as much as possible. Further should the process of the type mentioned so on formed be that unwanted interference at the overlaying Figure in the field level can be reduced.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Kohärenzminderer der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Normale einer Referenzebene, in der der Referenzquerschnitt des gebeugten Strahlenbündels liegt, mit der Normalen der Array-Ebene einen Winkel zwischen 0° und 90° aufspannt und in einer Ebene liegt, die die Array-Ebene in einer Array-Geraden schneidet, die mit der Spalten- und Zeilenrichtung in der Array-Ebene jeweils einen Winkel von ungleich 0° einschließt.According to the invention Task with a coherence reducer of the type mentioned above in that the normal of a reference plane, in which the reference cross-section of the diffracted beam is, spans an angle between 0 ° and 90 ° with the normal of the array plane and lies in a plane containing the array plane in an array line intersects with the column and row direction in the array plane each includes an angle of not equal to 0 °.

Damit wird vorteilhaft erreicht, daß sowohl in Zeilenrichtung als auch in Spaltenrichtung eine Phasenverschiebung des gebeugten Strahlenbündels relativ zum zugeführten Strahlenbündel vorliegt, so daß sowohl die Linsen in Zeilenrichtung als auch die Linsen in Spaltenrichtung mit zueinander inkohärenter Strahlung des gebeugten Strahlenbündels beaufschlagt werden.In order to is advantageously achieved that both in the row direction as well as in the column direction, a phase shift of the diffracted beam relative to the supplied ray beam is present, so that both the Lines in the row direction and the lenses in the column direction with each other incoherent Radiation of the diffracted beam are applied.

Insbesondere kann bei dem Kohärenzminderer das Beugungsgitter so angeordnet sein, daß aufgrund der Neigung des Referenzquerschnitts im gebeugten Strahlenbündel die zu einem Zeitpunkt auf den gleichen Ort zweier benachbarter Linsen einer Zeile treffende Strahlung des gebeugten Strahlenbündels eine der zeitlichen Kohärenzlänge des zugeführten Strahlenbündels entsprechende Phasenverschiebung aufweist. Unter zeitlicher Kohärenzlänge des Strahlenbündels wird hier die optische Weglänge verstanden, innerhalb der sich die Korrelation in einem vorgegebenen Maß verringert hat. Die zeitliche Kohärenzlänge kann z.B. ein Minimum der zeitlichen Kohärenzfunktion des zugeführten Strahlenbündels sein, wenn eine alternierende zeitliche Kohärenzfunktion vorliegt.Especially can at the coherence reducer the diffraction grating be arranged so that due to the inclination of the Reference cross-section in the diffracted beam at a time striking the same location of two adjacent lenses of a line Radiation of the diffracted beam one of the temporal coherence length of supplied beam has corresponding phase shift. Under temporal coherence length of the beam Here is the optical path length understood, within which the correlation in a given Reduced dimension Has. The temporal coherence length can e.g. be a minimum of the temporal coherence function of the supplied beam, if there is an alternating temporal coherence function.

Ferner kann das Beugungsgitter so angeordnet sein, daß aufgrund der Neigung des Referenzquerschnitts im gebeugten Strahlenbündel die zu einem Zeitpunkt auf den gleichen Ort zweier benachbarter Linsen einer Spalte treffende Strahlung des gebeugten Strahlenbündels eine Phasenverschiebung aufweist, die der Anzahl der Spalten des Linsenarrays mal der zeitlichen Kohärenzlänge des zugeführten Strahlenbündels entspricht. Damit wird sicher erreicht, daß die auf den gleichen Ort zweier beliebiger Linsen des Arrays treffende Strahlung des gebeugten Strahlenbündels stets zueinander inkohärent ist, so daß unerwünschte Interferenzeffekte in der Feldebene verringert bzw. verhindert werden können.Further the diffraction grating can be arranged so that due to the inclination of the Reference cross-section in the diffracted beam at a time striking the same location of two adjacent lenses of a column Radiation of the diffracted beam a phase shift having the number of columns of the lens array times the temporal Coherence length of the supplied beam equivalent. This will certainly ensure that the same place two arbitrary lenses of the array striking radiation of the diffracted beam always incoherent to each other is, so that unwanted interference effects can be reduced or prevented in the field level.

Bei dem Kohärenzminderer kann das Beugungsgitter so angeordnet sein, daß der Referenzquerschnitt des gebeugten Strahlenbündels die Array-Ebene in einer Referenzgeraden schneidet, die diagonal in einer Zeile verläuft. Damit kann die gewünschte unterschiedliche zeitliche Phasenverzögerung in Zeilen- und Spaltenrichtung realisiert werden.at the coherence reducer the diffraction grating can be arranged so that the reference cross section of the diffracted beam the array plane intersects in a reference line that is diagonal runs in a row. This can be the desired different temporal phase delay in the row and column direction will be realized.

Zwischen dem Beugungsgitter und dem Linsenarray kann eine Optik mit verstellbarem Vergrößerungsfaktor angeordnet sein, wobei über die Einstellung des Vergrößerungsfaktors die Neigung des Referenzquerschnitts im gebeugten Strahlenbündel veränderbar ist. Damit ist es möglich, die gewünschte Neigung unter Verwendung desselben Gitters frei einzustellen.Between The diffraction grating and the lens array can be an optic with adjustable magnification be arranged, with over the setting of the magnification factor the inclination of the reference cross-section in the diffracted beam changeable is. This makes it possible the desired To adjust the inclination freely using the same grid.

Das Beugungsgitter kann als reflektives Beugungsgitter ausgebildet sein, insbesondere in der Littrow-Anordnung. Ferner kann das Beugungsgitter als Liniengitter mit zueinander parallelen, geradlinig erstreckenden Gitterlinien ausgebildet sein. Das Beugungsgitter kann auch als geblaztes Gitter (mit Sägezahnprofil) ausgebildet sein.The Diffraction grating can be designed as a reflective diffraction grating, especially in the Littrow arrangement. Furthermore, the diffraction grating as a line grid with mutually parallel, rectilinearly extending Be formed grid lines. The diffraction grating can also be called blazed grid (with sawtooth) formed be.

Das zugeführte Strahlenbündel ist bevorzugt ein Laserstrahlenbündel. Der Kohärenzminderer kann eine Strahlungsquelle zur Erzeugung des kohärenten Strahlenbündels aufweisen. Die Strahlungsquelle kann insbesondere als Laser ausgebildet sein (z.B. Excimer-Laser). So gibt beispielsweise ein Argon-Fluorid-Excimer-Laser ein Strahlenbündel mit einer Wellenlänge von ca. 193 nm und einer zeitlichen Kohärenzlänge von ca. 100 μm ab.The supplied ray beam is preferably a laser beam. The coherence reducer may comprise a radiation source for generating the coherent beam. The radiation source can be designed in particular as a laser (e.g., excimer laser). For example, there is an argon-fluoride excimer laser a ray of light with one wavelength of about 193 nm and a temporal coherence length of about 100 microns from.

Der Kohärenzminderer kann als Teil einer Mikroskopbeleuchtung (dann ist die Feldebene z.B. die Objektebene) oder eines Inspektionssystems für Masken aus der Halbleiterfertigung ausgebildet sein.Of the coherence-reducing can be considered part of a microscope illumination (then the field level e.g. the object plane) or an inspection system for masks be formed from semiconductor manufacturing.

Die Aufgabe wird ferner gelöst, durch das Verfahren zur Verringerung der Kohärenz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 11, bei dem das Gitter so angeordnet wird, daß die Normale einer Referenzebene, in der der Referenzquerschnitt des gebeugten Strahlenbündels liegt, mit der Normalen der Array-Ebene einen Winkel zwischen 0° und 90° aufspannt und in einer Ebene liegt, die die Array-Ebene in einer Array-Geraden schneidet, welche mit der Zeilen- und Spaltenrichtung in der Array-Ebene jeweils einen Winkel von ungleich 0° einschließt.The Task is further solved, by the method for reducing the coherence according to the preamble of the claim 11, in which the grating is arranged so that the normal of a reference plane, in which the reference cross-section of the diffracted beam is, spans an angle between 0 ° and 90 ° with the normal of the array plane and in a plane that intersects the array plane in an array line, which with the row and column direction in the array plane respectively includes an angle other than 0 °.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, unterschiedliche zeitliche Phasenverzögerungen bzw. unterschiedliche Steigungen der Phasenverzögerung in Zeilen- und Spaltenrichtung dem gebeugten Strahlenbündel einzuprägen, so daß die Strahlung, die auf die einzelnen Linsen fällt, zueinander inkohärent ist. Damit werden unerwünschte interferenzeffekte bei der überlagernden Abbildung in der Feldebene vermindert.With the method according to the invention Is it possible, different temporal phase delays or different Gradients of phase delay in row and column direction the diffracted beam inculcate So that the Radiation that falls on the individual lenses is incoherent to each other. This will be undesirable interference effects in the overlaying Figure reduced in the field level.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielhalber noch näher erläutert. Es zeigen:The Invention will now be described by way of example with reference to the drawings even closer explained. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Kohärenzminderers; 1 a schematic representation of a first embodiment of the coherence reducer;

2 eine perspektivische Darstellung der Lage der Ebene gleichen Emissionszeitpunkts im gebeugten Strahlenbündel zur Array-Ebene; 2 a perspective view of the position of the plane of the same emission time in the diffracted beam to the array plane;

3 eine Draufsicht auf die Array-Ebene; 3 a plan view of the array plane;

4–6 perspektivische Darstellungen des Beugungsgitters zur Erläuterung der Ausrichtung des Beugungsgitters relativ zur optischen Achse des Wabenkondensors 2 in 1; 4 - 6 perspective views of the diffraction grating to explain the orientation of the diffraction grating relative to the optical axis of the honeycomb condenser 2 in 1 ;

7 eine Draufsicht auf die Array-Ebene für die Ausrichtung des Beugungsgitters gemäß 4; 7 a plan view of the array plane for the alignment of the diffraction grating according to 4 ;

8 eine Draufsicht auf die Array-Ebene für die Ausrichtung des Beugungsgitters gemäß 6; 8th a plan view of the array plane for the alignment of the diffraction grating according to 6 ;

9 eine Draufsicht auf die Ebene E3 von 2, und 9 a plan view of the plane E3 of 2 , and

10 eine Seitenansicht des Gitters in der Kippstellung von 4. 10 a side view of the grid in the tilted position of 4 ,

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform des Kohärenzminderers umfaßt dieser einen Laser LQ, der ein kohärentes Laser-Strahlenbündel P1 abgibt, und ein Beugungsgitter 1, dem ein Wabenkondensor 2 nachgeordnet ist. Der Wabenkondensor 2 umfaßt zwei Mikroslinsenarrays 3, 4 sowie eine den Mikrolinsenarrays 3, 4 nachgeordnete Abbildungsoptik 5.At the in 1 As shown, the embodiment of the coherence reducer comprises a laser LQ emitting a coherent laser beam P1 and a diffraction grating 1 which is a honeycomb condenser 2 is subordinate. The honeycomb condenser 2 includes two micro lens arrays 3 . 4 and one of the microlens arrays 3 . 4 downstream imaging optics 5 ,

Die Mikrolinsenarrays 3, 4 sind hier gleich aufgebaut und weisen jeweils in Zeilen und Spalten angeordnete Linsen 6 auf. Zur Vereinfachung der Darstellung wird in der vorliegenden Ausführungsform angenommen, daß die Mikrolinsenarrays 3, 4 jeweils vier Spalten und drei Zeilen aufweisen. Die Linsen 6 liegen dabei jeweils in einer Ebene, die sich senkrecht zur Zeichenebene von 1 erstreckt, wobei in der Darstellung von 1 die Linsen einer Zeile (also vier Linsen für vier Spalten) sichtbar sind.The microlens arrays 3 . 4 have the same structure here and each have lenses arranged in rows and columns 6 on. For ease of illustration, it is assumed in the present embodiment that the microlens arrays 3 . 4 each have four columns and three rows. The lenses 6 lie in each case in a plane perpendicular to the plane of 1 extends, wherein in the illustration of 1 the lenses of one line (ie four lenses for four columns) are visible.

Wie in 1 schematisch angedeutet ist, wird dem Beugungsgitter 1 das kohärente Strahlenbündel P1 zugeführt, das an dem reflektiven Beugungsgitter 1 reflektiert und gleichzeitig gebeugt wird, so daß sich eine vorbestimmte Beugungsordnung P2 (hier beispielsweise die positive erste Beugungsordnung) entlang der optischen Achse OA des Wabenkondensors 2 ausbreitet. Zur Vereinfachung der Darstellung ist das zugeführte Strahlenbündel P1, das am Beugungsgitter 1 gebeugt wird, lediglich als einzelner Pfeil dargestellt und ist das gebeugte Strahlenbündel P2 der vorbestimmten Beugungsordnung auch lediglich als einzelner Pfeil dargestellt.As in 1 is schematically indicated, the diffraction grating 1 the coherent beam P1 supplied to the reflective diffraction grating 1 is reflected and simultaneously diffracted so that a predetermined diffraction order P2 (here, for example, the positive first diffraction order) along the optical axis OA of the honeycomb condenser 2 spreads. To simplify the illustration, the supplied beam P1 is at the diffraction grating 1 is diffracted, shown only as a single arrow and the diffracted beam P2 of the predetermined diffraction order is also only as a single arrow darge provides.

Das gebeugte Strahlenbündel P2 trifft auf den Wabenkondensor 2, der dafür sorgt, daß die auf jede Linse 6 des ersten Mikrolinsenarrays 3 treffende Strahlung überlagernd in einer Feldebene F abgebildet wird.The diffracted beam P2 strikes the honeycomb condenser 2 that ensures that on every lens 6 of the first microlens array 3 overlapping radiation is imaged in a field plane F.

Das Beugungsgitter 1 ist so relativ zu dem ersten Mikrolinsenarray 3 angeordnet, wie durch die perspektivische Darstellung des Gitters 1 in 1 schematisch angedeutet ist, daß eine Ebene gleichen Emissionszeitpunktes des zugeführten Strahlenbündels P1, das im zugeführten Strahlenbündel P1 senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des zugeführten Strahlenbündels P1 liegt, nach der Reflexion und Beugung am Beugungsgitter 1 im gebeugten Strahlenbündel P2 gegenüber der Ausbreitungsrichtung des gebeugten Strahlenbündels P2 geneigt ist. Die Neigung wird dabei durch die Beugung so vorgegeben, daß auf jede Linse 6 des ersten Mikrolinsenarrays 3 Strahlung des gebeugten Strahlenbündels P2 trifft, die gegenüber der auf allen anderen Linsen 6 des Mikrolinsenarrays 3 treffende Strahlung eine solche Phasenverschiebung aufweist, die einem ganzzahligen Vielfachen der zeitlichen Kohärenzlänge des zugeführten Strahlenbündels P1 entspricht. Es wird somit die zeitliche Kohärenzlänge ausgenutzt, um unerwünschte Interferenzeffekte bei der Überlagerung in der Feldebene F zu vermeiden, wie dies noch detailliert beschrieben wird.The diffraction grating 1 is so relative to the first microlens array 3 arranged as by the perspective view of the grid 1 in 1 is schematically indicated that a plane same emission time of the supplied beam P1, which is perpendicular to the propagation direction of the supplied beam P1 in the supplied beam P1, after reflection and diffraction at the diffraction grating 1 in the diffracted beam P2 is inclined with respect to the propagation direction of the diffracted beam P2. The inclination is determined by the diffraction so that every lens 6 of the first microlens array 3 Radiation of the diffracted beam P2 hits, compared to that on all other lenses 6 of the microlens array 3 incident radiation has such a phase shift, which corresponds to an integer multiple of the temporal coherence length of the supplied beam P1. Thus, the temporal coherence length is utilized in order to avoid undesired interference effects in the superimposition in the field level F, as will be described in detail below.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 erläutert, wie die Ebene E1 gleichen Emissionszeitpunktes im gebeugten Strahlenbündel P2 relativ zur Array-Ebene E2, in der die Linsen 6 des ersten Mikrolinsenarrays 3 liegen, nach der Beugung am Beugungsgitter 1 geneigt ist. In 2 sind dazu die 4×3 Linsen 6 sowie die Ebene E1 gleichen Emissionszeitpunktes nur für die erste Zeile der Linsen 6 schematisch dargestellt. Die Neigung der Ebene E1 ist dabei so, daß zwischen in einer Zeile (y-Richtung) benachbarten Linsen (bezogen auf den gleichen Ort der jeweiligen Linse, z.B. die linke obere Ecke jedes rechteckigen Feldes, das die Linsen 6 darstellt) jeweils eine Verzögerung auftritt, die der zeitlichen Kohärenzlänge (hier dem ersten Minimum der zeitlichen Kohärenzfunktion) entspricht. Bei dem hier beschriebenen Beispiel liegt dieses Minimum bei etwa 100 μm. Somit weist der Doppelpfeil P3 eine Länge von 100 μm auf. Die zeitliche Verzögerung zwischen zwei benachbarten Linsen einer Spalte (bezogen auf den gleichen Ort der jeweiligen Linse, z.B. die linke obere Ecke jedes rechteckigen Feldes, das die Linsen 6 darstellt) entspricht der Anzahl der Spalten mal die zeitliche Kohärenzlänge, hier also 400 μm (4×100 μm), wie durch den Doppelpfeil P4 angedeutet ist.The following is with reference to 2 and 3 explains how the plane E1 same emission time in the diffracted beam P2 relative to the array plane E2, in which the lenses 6 of the first microlens array 3 lie, after the diffraction at the diffraction grating 1 is inclined. In 2 are the 4 × 3 lenses 6 and the plane E1 same emission time only for the first line of the lenses 6 shown schematically. The inclination of the plane E1 is such that between in a row (y-direction) adjacent lenses (based on the same location of the respective lens, for example, the upper left corner of each rectangular field that the lenses 6 represents) in each case a delay occurs, which corresponds to the temporal coherence length (here the first minimum of the temporal coherence function). In the example described here, this minimum is about 100 μm. Thus, the double arrow P3 has a length of 100 microns. The time delay between two adjacent lenses of a column (relative to the same location of the respective lens, eg the upper left corner of each rectangular field containing the lenses 6 represents) corresponds to the number of columns times the temporal coherence length, so here 400 microns (4 × 100 microns), as indicated by the double arrow P4.

Diese Neigung der Ebene E1 gegenüber der Arrayebene E2 läßt sich durch die Lage der Normalen N1 und N2 der Ebenen E1 und E2 wie folgt beschreiben. Die Normale N1 (entgegen der Ausbreitungsrichtung des gebeugten Strahlenbündels P2) der Ebene E1 schließt mit der Normalen N2 (entgegen der Ausbreitungsrichtung des gebeugten Strahlenbündels P2) der Arrayebene E2 einen Winkel α1 ein, der zwischen 0° und 90° liegt. Ferner spannen die beiden Normalen N1 und N2 eine Ebene E3 auf, die die Arrayebene E2 in eine Geraden G1 schneidet, die weder zur Spaltenrichtung (x-Richtung) noch zur Zeilenrichtung (y-Richtung) parallel ist. Die Gerade G1 schließt somit einen Winkel α2 mit der Spaltenrichtung sowie einen Winkel α3 mit der Zeilenrichtung ein. Mit den Winkeln α1 und α2 bzw. α1 und α3 läßt sich somit die Neigung der Ebene E1 gegenüber der Arrayebene E2 eindeutig beschreiben.This slope of the plane E1 with respect to the array plane E2 can be described by the position of the normal N1 and N2 of the planes E1 and E2 as follows. The normal N1 (opposite to the propagation direction of the diffracted beam P2) of the plane E1 includes with the normal N2 (contrary to the propagation direction of the diffracted beam P2) of the array plane E2 an angle α 1 , which lies between 0 ° and 90 °. Furthermore, the two normals N1 and N2 clamp a plane E3 which intersects the array plane E2 into a straight line G1 which is parallel neither to the column direction (x direction) nor to the row direction (y direction). The straight line G1 thus includes an angle α 2 with the column direction and an angle α 3 with the row direction. With the angles α 1 and α 2 or α 1 and α 3 , therefore, the inclination of the plane E1 relative to the array plane E2 can be clearly described.

In 2 ist noch die Strecke L1 gestrichelt eingezeichnet. Die Strecke L1 zeigt, wie die Ebene gleichen Emissionszeitpunktes E1 z.B. die erste Zeile des Linsenarrays 3 schneidet.In 2 is still the distance L1 dashed lines. The distance L1 shows how the plane of the same emission time E1, for example, the first line of the lens array 3 cuts.

Dies ist in der Draufsicht auf das Mikrolinsenarray 3 in 3 in gleicher Weise dargestellt, wobei in 3 schematisch in der Art von Höhenlinien der Emissionszeitpunkt der Strahlung des gebeugten Strahlenbündels P2 dargestellt ist, die zu einem Zeitpunkt auf das Mikrolinsenarray 3 trifft. Durch die bei der Reflexion am Beugungsgitter 1 bedingte Phasenverzögerung in Abhängigkeit der Position im Strahlquerschnitt tritt die oben beschriebene Neigung der Ebene gleichen Emissionszeitpunktes E1 auf, was dazu führt, daß die Strahlung gleichen Emissionszeitpunktes auf das Mikrolinsenarray 3 jeweils entlang einer Geraden trifft, die parallel zu den eingezeichneten Geraden L1, L2, L3 und L4 verläuft. Die eingezeichneten Geraden L1 und L2 sowie L2 und L3 weisen einen zeitlichen Unterschied von jeweils 400 μm auf. Die Geraden 11 und 14 weisen einen Unterschied von 100 μm auf (entspricht der zeitlichen Verzögerung des Doppelpfeils P3).This is in the plan view of the microlens array 3 in 3 represented in the same way, in 3 is shown schematically in the manner of contour lines of the emission time of the radiation of the diffracted beam P2, at a time on the microlens array 3 meets. Through the reflection at the diffraction grating 1 conditional phase delay as a function of the position in the beam cross-section occurs the above-described inclination of the plane same emission time E1, which leads to the fact that the radiation of the same emission time on the microlens array 3 each along a straight line that runs parallel to the drawn lines L1, L2, L3 and L4. The drawn straight lines L1 and L2 as well as L2 and L3 have a time difference of 400 μm each. The straights 11 and 14 have a difference of 100 μm (corresponds to the time delay of the double arrow P3).

Durch den schrägen Verlauf der Strahlung gleichen Emissionszeitpunktes in der Arrayebene E2 des ersten Mikrolinsenarrays 3 wird somit der Vorteil erreicht, daß eine unerwünschte Interferenz bei der Überlagerung der einzelnen Linsen 6 in der Feldebene F1 nicht auftritt, da der Abstand zwischen zwei Zeilen so gewählt ist, daß Strahlung der Linsen 6 eine Zeile mit Strahlung der Linsen 6 einer anderen Zeile nicht interferieren können. So weisen z.B. die Strahlung der vierten Linse 6 der ersten und zweiten Zeile, die vom gleichen Ort der Linse ausgeht, z.B. jeweils von der rechten oberen Ecke (Funke A1 und A2), eine Phasenverschiebung von 400 μm auf, was der Anzahl der Spalten (= 4) mal der zeitlichen Kohärenzlänge (= 100 μm) entspricht.Due to the oblique course of the radiation same emission time in the array plane E2 of the first microlens array 3 Thus, the advantage is achieved that an undesirable interference in the superposition of the individual lenses 6 in the field level F1 does not occur because the distance between two lines is chosen so that radiation of the lenses 6 a line with radiation of the lenses 6 can not interfere with another line. For example, the radiation of the fourth lens 6 the first and second line starting from the same location of the lens, eg each from the upper right corner (spark A1 and A2), a phase shift of 400 μm, which is the number of columns (= 4) times the coherence length (= 100 μm).

Ferner kann die Strahlung einer Linse 6 mit einer benachbarten Linse 6 derselben Zeile, die am gleichen Ort der Linse auftrifft, auch nicht interferieren, da die zeitliche Verzögerung gerade der zeitlichen Kohärenzlänge entspricht. So sind die Punkte A1 und A3 der vierten und dritten Linse 6 der ersten Zeile genau um die zeitliche Kohärenzlänge von 100 μm zeitlich zueinander verzögert. Auch Strahlung gleichen Emissionszeitpunktes in einer Zeile, wie z.B. die der Punkte A1 und A4 der vierten und dritten Linse 6, interferieren in der Feldebene nicht, da sie bei der Abbildung in der Feldebene F auf räumlich voneinander entfernte Punkte treffen. Somit führt die Tatsache, daß die Strahlung der Punkte A1 und A4 interferenzfähig ist, dennoch nicht zu einer unerwünschten Interferenz bei der überlagernden Abbildung in die Feldebene F. Insgesamt wird somit der Vorteil erreicht, daß unerwünschte Interferenzen bei der Abbildung in die Feldebene F wirksam unterdrückt werden können.Furthermore, the radiation of a lens 6 with an adjacent lens 6 The same line, which impinges on the same location of the lens, also do not interfere, since the time delay just corresponds to the temporal coherence length. Thus, the points A1 and A3 are the fourth and third lenses 6 delayed the first line exactly by the temporal coherence length of 100 microns in time. Also radiation of the same emission time in a row, such as those of the points A1 and A4 of the fourth and third lens 6 , do not interfere in the field level, as they meet at the image in the field level F on spatially distant points. Thus, the fact that the radiation of the points A1 and A4 is capable of interfering does not lead to undesired interference in the superimposing image in the field plane F. Overall, the advantage is thus achieved that effectively suppresses unwanted interference in the image in the field plane F. can be.

Die Ausrichtung des Beugungsgitters 1 relativ zur optischen Achse OA des Wabenkondensors 2 läßt sich in Verbindung mit 4–6 auch wie folgt veranschaulichen, wobei in 4–6 perspektivisch lediglich das Beugungsgitter 1 relativ zu einer senkrecht zur Array-Ebene E2 verlaufende Hilfsebene E4 dargestellt ist. Ferner wird im Unterschied zu den Abbildungen in 1–3 nun angenommen, daß die Einfallsrichtung des auf das Gitter 1 treffenden kohärenten Strahlenbündels P1 genau entgegengesetzt ist zur Ausfallsrichtung des gebeugten Strahlenbündels P2, da dies zu einfacheren Formeln zur Berechnung der entsprechenden, nachher genauer erläuterten Dreh- und Kippwinkeln führt. Natürlich müssen Einfalls- und Ausfallsrichtung nicht genau entgegengesetzt zueinander sein, sie können auch einen Winkel von ungleich 0° miteinander einschließen, wie dies in 1 gezeigt ist.The orientation of the diffraction grating 1 relative to the optical axis OA of the honeycomb condenser 2 can be connected to 4 - 6 also illustrate as follows, where in 4 - 6 in perspective, only the diffraction grating 1 is shown relative to a perpendicular to the array plane E2 extending auxiliary plane E4. Furthermore, in contrast to the illustrations in 1 - 3 Now suppose that the direction of incidence of the grid 1 the incident coherent beam P1 is exactly opposite to the direction of failure of the diffracted beam P2, as this leads to simpler formulas for the calculation of the corresponding, subsequently explained in more detail turning and tilting angles. Of course, the direction of incidence and outage need not be exactly opposite to each other, they may also include an angle other than 0 ° with each other, as in 1 is shown.

Um das Beugungsgitter 1 auszurichten, wird zunächst das Beugungsgitter 1 um eine Achse gekippt, die senkrecht zur optischen Achse OA des Wabenkondensors 2 und parallel zu den Linien des Beugungsgitters 1 verläuft. Diese Kippung bzw. der Kippwinkel ΘG ist so gewählt, daß die Richtung des gebeugten Lichtes P2 genau entgegengesetzt zur Einfallsrichtung des zugeführten Strahlenbündels P1 ist, wie in 4 gezeigt ist (sogenannte Littrow-Anordnung). Dann wird das Beugungsgitter 1 so um die optische Achse OA gedreht (Drehwinkel δdreh), daß der Schnitt der Ebene E1 mit der Ebene E2 die Gerade 11 in 3 ergibt. Die Drehung ist schematisch in 5 und 6 gezeigt.Around the diffraction grating 1 Align first, the diffraction grating 1 tilted about an axis perpendicular to the optical axis OA of the honeycomb condenser 2 and parallel to the lines of the diffraction grating 1 runs. This tilt or the tilt angle Θ G is chosen so that the direction of the diffracted light P2 is exactly opposite to the direction of incidence of the supplied beam P1, as in 4 is shown (so-called Littrow arrangement). Then the diffraction grating 1 rotated about the optical axis OA (rotation angle δ rotating ) that the intersection of the plane E1 with the plane E2 the straight line 11 in 3 results. The rotation is schematic in 5 and 6 shown.

In 7 und 8, die die Emissionszeitpunkte der Strahlung des gebeugten Strahlenbündels P2 zeigen, die zu einem Zeitpunkt auf das Array 3 trifft, sind diese beiden Schritte nochmals veranschaulicht. Zuerst wird das Beugungsgitter 1 gekippt, so daß die zu einem Zeitpunkt auf die einzelnen Linsenzeilen treffende gebeugte Strahlung zwischen zwei Linsen in Spaltenrichtung jeweils ungefähr (etwas mehr als) 400 μm zeitlich versetzt sind (7). Die Drehung bewirkt dann, daß die Phasenverschiebung der auf das Array 3 treffenden Strahlung in Zeilenrichtung zwischen zwei benachbarten Linsen 6 jeweils 100 μm beträgt, wie in 8 angedeutet ist.In 7 and 8th , which show the emission times of the radiation of the diffracted beam P2, at one time on the array 3 meets, these two steps are illustrated again. First, the diffraction grating 1 tilted, so that the diffracted radiation between two lenses in the column direction, which hit the individual lens rows at a time, is offset in each case approximately (slightly more than) 400 μm ( 7 ). The rotation then causes the phase shift of the on the array 3 incident radiation in the line direction between two adjacent lenses 6 each 100 microns, as in 8th is indicated.

Der Kippwinkel ΘG von 4 sowie der Drehwinkel δdreh von 5, 6 läßt sich wie folgt berechnen. Um den Kippwinkel ΘG des Beugungsgitters 1 ermitteln zu können, wird zunächst der Kippwinkel ΘE berechnet, der dem von beiden Normalen N1 und N2 aufgespannten Winkel α1 entspricht, wie der Draufsicht auf die Ebene E3 in 9 entnehmbar ist. Aufgrund von einfachen geometrischen Überlegungen anhand der bekannten, vorgegebenen zeitlichen Verzögerungen P3 (= Δz) und P4 sowie der Abmessungen Δx und Δy (Rastergröße in x- und y-Richtung für jede Linse 6, wie in 3 eingezeichnet ist) ergibt sich für den Neigungswinkel ΘE folgende Formel

Figure 00080001
In der Formel steht r für die Anzahl der Spalten. Wenn man z.B. für Δx = 500 μm, Δy = 750 μm, Δz = 100 μm und für die Anzahl der Spalten r = 9 annimmt, ergibt sich ein Kippwinkel ΘE von 61°. Ausgehend von dem Kippwinkel ΘE der Ebene E1 gegenüber der Ebene E2 läßt sich dann der Kippwinkel ΘG des Gitters 1 berechnen. Der Zusammenhang zwischen dem Kippwinkel ΘG des Gitters 1 sowie dem Neigungswinkel ΘE ist in 10 in einer Seitenansicht auf das Gitter 1 in seiner Kippstellung von 4 schematisch dargestellt. Daraus ergibt sich, daß der Neigungswinkel des Gitters ΘG wie folgt angegeben werden kann:
Figure 00080002
The tilt angle Θ G of 4 as well as the rotation angle δ rotating from 5 . 6 can be calculated as follows. Around the tilt angle Θ G of the diffraction grating 1 To be able to determine, the tilt angle Θ E is first calculated, which corresponds to the spanned by two normals N1 and N2 angle α 1 , as the plan view of the plane E3 in 9 is removable. Due to simple geometrical considerations based on the known, predetermined time delays P3 (= Δz) and P4 and the dimensions Δx and Δy (grid size in the x and y directions for each lens 6 , as in 3 is drawn) results for the inclination angle Θ E the following formula
Figure 00080001
In the formula, r stands for the number of columns. If, for example, Δx = 500 μm, Δy = 750 μm, Δz = 100 μm and r = 9 for the number of columns, a tilt angle Θ E of 61 ° results. Starting from the tilt angle Θ E of the plane E1 with respect to the plane E2 then the tilt angle Θ G of the grid can be 1 to calculate. The relationship between the tilt angle Θ G of the grid 1 and the inclination angle Θ E is in 10 in a side view on the grid 1 in its tilted position of 4 shown schematically. It follows that the inclination angle of the grating Θ G can be given as follows:
Figure 00080002

Mit den oben angegebenen Werten ergibt sich für ΘG ein Neigungswinkel von 42°. Nachdem bei dem hier verwendeten Gitter 1 der Beugungswinkel der dritten Beugungsordnung gerade 42° entspricht, wurde die dritte Beugungsordnung eingesetzt.With the values given above, the angle of inclination is 42 ° for Θ G. After with the grid used here 1 the diffraction angle of the third diffraction order is just 42 °, the third diffraction order used.

Natürlich kann der beschriebene Berechnungsformalismus dazu genutzt werden, die von dem zu verwendenden Gitter zu erfüllende Parameter zu berechnen und dann das Gitter entsprechend den sich daraus ergebenden Abmessungen bzw. Design herzustellen. So können beispielsweise holographische Gitter oder Echelle-Gitter verwendet werden, bei der die erste oder eine andere, passende Bewegungsordnung genutzt wird. Das Gitter wird natürlich bevorzugt so ausgelegt, daß die verwendete Beugungsordnung eine möglichst hohe Beugungseffizient aufweist.Of course you can the computational formalism described can be used to to calculate parameters to be fulfilled by the grid to be used and then the grid according to the resulting dimensions or design. So can For example, holographic gratings or echelle gratings are used be, with the first or another, appropriate movement order is being used. Of course, the grid is preferably designed that the diffraction order used as high as possible diffraction efficiency having.

Falls keine passende Beugungsordnung vorliegt, die mit dem berechneten Winkel ΘG übereinstimmt, kann zwischen dem Beugungsgitter 1 und dem Wabenkondensor 2 eine entsprechende Optik VO, die schematisch in 1 eingezeichnet ist, angeordnet werden, die für die notwendige Restverkippung der Ebene sorgt. Dies kann man beispielsweise durch eine Abbildungseinrichtung VO mit zwei Linsen in Teleskopanordnung nach Keppler realisieren. Durch eine entsprechende Einstellung des Vergrößerungsfaktors einer solchen Teleskopanordnung VO kann die gewünschte Neigung korrekt eingestellt werden.If there is no appropriate diffraction order that matches the calculated angle Θ G , it is possible to choose between the diffraction grating 1 and the honeycomb condenser 2 a corresponding optic VO, which is schematically in 1 located, which ensures the necessary residual tilting of the plane. This can be realized for example by an imaging device VO with two lenses in telescope arrangement according to Keppler. By setting the magnification factor of such a telescope arrangement VO appropriately, the desired inclination can be set correctly.

Nachdem der Kippwinkel ΘG des Beugungsgitters 1 bekannt ist, wird der Drehwinkel δdreh wie folgt ermittelt

Figure 00090001
After the tilt angle Θ G of the diffraction grating 1 is known, the rotation angle δ rotation is determined as follows
Figure 00090001

Bei dem hier beschriebenen Beispiel ergibt sich ein Drehwinkel von δdreh von 4,2°, wobei δdreh dem Winkel α4 in 3 entspricht.In the example described here results in a rotation angle of δ rot of 4.2 °, where δ rotating the angle α 4 in 3 equivalent.

Claims (10)

Kohärenzminderer für ein zugeführtes kohärentes Strahlenbündel, mit einem Beugungsgitter (1), einem dem Beugungsgitter (1) nachgeordneten Linsenarray (3), das mehrere entlang einer Spaltenrichtung (x) und einer Zeilenrichtung (y) angeordnete Linsen (6) in einer Array-Ebene (E2) aufweist, und einer dem Array (3) nachgeordneten Optik (4, 5), die die Linsen (6) überlagernd in eine Feldebene (F) abbildet, wobei das zugeführte Strahlenbündel (P1) am Gitter (1) in eine vorbestimmte Beugungsordnung gebeugt wird und als gebeugtes Strahlenbündel (P2) so auf das Linsenarray (3) trifft, daß ein senkrecht zur Ausbreitungsrichtung liegender Referenzquerschnitt des einfallenden Strahlenbündels (P1) nach der Beugung am Gitter (1) im gebeugten Strahlenbündel (P2) gegenüber der Array-Ebene (E2) geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Normale (N1) einer Referenzebene (E1), in der der Referenzquerschnitt des gebeugten Strahlenbündels (P2) liegt, mit der Normalen (N2) der Array-Ebene (E2) einen Winkel (ΘE) zwischen 0° und 90° aufspannt und in einer Ebene (E3) liegt, die die Arrayebene (E2) in einer Arraygeraden (G1) schneidet, die mit der Spalten- und Zeilenrichtung (x, y) in der Array-Ebene (E2) jeweils einen Winkel (α2, α3) von ungleich 0° einschließt.Coherence reducer for a supplied coherent beam, with a diffraction grating ( 1 ), the diffraction grating ( 1 ) downstream lens array ( 3 ), the plurality of lenses arranged along a column direction (x) and a row direction (y) ( 6 ) in an array plane (E2) and one of the array ( 3 ) downstream optics ( 4 . 5 ), which are the lenses ( 6 ) superimposing in a field plane (F) images, wherein the supplied beam (P1) on the grid ( 1 ) diffracted in a predetermined diffraction order and as a diffracted beam (P2) so on the lens array ( 3 ) that a reference cross-section of the incident beam (P1) lying perpendicular to the direction of propagation after the diffraction at the grating ( 1 ) in the diffracted beam (P2) is inclined relative to the array plane (E2), characterized in that the normal (N1) of a reference plane (E1), in which the reference cross-section of the diffracted beam (P2) is located, with the normal (N2 ) of the array plane (E2) spans an angle (Θ E ) between 0 ° and 90 ° and lies in a plane (E3) which intersects the array plane (E2) in an array line (G1) coincident with the column line Row direction (x, y) in the array plane (E2) each includes an angle (α 2 , α 3 ) of non-0 °. Kohärenzminderer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (1) so angeordnet ist, daß aufgrund der Neigung des Referenzquerschnitts im gebeugten Strahlenbündel (P2) die zu einem Zeitpunkt auf den gleichen Ort (A1, A3) zweier benachbarter Linsen (6) einer Zeile treffende Strahlung des gebeugten Strahlenbündels (6) eine der zeitlichen Kohärenzlänge des zugeführten Strahlenbündels (P1) entsprechende Phasenverschiebung aufweist.Coherence reducer according to Claim 1, characterized in that the diffraction grating ( 1 ) is arranged so that due to the inclination of the reference cross-section in the diffracted beam (P2) at a time to the same location (A1, A3) of two adjacent lenses ( 6 ) of a line striking radiation of the diffracted beam ( 6 ) has one of the temporal coherence length of the supplied beam (P1) corresponding phase shift. Kohärenzminderer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (1) so angeordnet ist, daß aufgrund der Neigung des Referenzquerschnitts im gebeugten Strahlenbündel (P2) die zu einem Zeitpunkt auf den gleichen Ort (A1, A2) zweier benachbarter Linsen (6) einer Spalte treffende Strahlung des gebeugten Strahlenbündels (6) eine Phasenverschiebung aufweist, die der Anzahl (r) der Spalten des Linsenarrays (3) mal der zeitlichen Kohärenzlänge des zugeführten Strahlenbündels (P1) entspricht.Coherence reducer according to Claim 2, characterized in that the diffraction grating ( 1 ) is arranged so that due to the inclination of the reference cross-section in the diffracted beam (P2) at a time to the same location (A1, A2) of two adjacent lenses ( 6 ) of a column striking radiation of the diffracted beam ( 6 ) has a phase shift corresponding to the number (r) of the columns of the lens array ( 3 ) times the temporal coherence length of the supplied beam (P1) corresponds. Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (1) so angeordnet ist, daß der Referenzquerschnitt des gebeugten Strahlenbündels (P2) die Array-Ebene (E2) in einer Referenzgeraden (L1, L2, L3, L4) schneidet, die diagonal in einer Zeile verläuft.Coherence reducer according to one of the above claims, characterized in that the diffraction grating ( 1 ) is arranged so that the reference cross section of the diffracted beam (P2) intersects the array plane (E2) in a reference line (L1, L2, L3, L4) which runs diagonally in a row. Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohärenzminderer nur ein einziges Beugungsgitter (1) zur Erzeugung des gebeugten Strahlenbündels (P1) aufweist.Coherence reducer according to one of the preceding claims, characterized in that the coherence reducer has only a single diffraction grating ( 1 ) for generating the diffracted beam (P1). Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter in der Littrow-Anordnung eingesetzt ist.Coherence reducer according to one of the above claims, characterized in that the diffraction grit ter is used in the Littrow arrangement. Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Beugungsgitter (1) und dem Linsenarray (3) eine Optik mit verstellbarem Vergrößerungsfaktor angeordnet ist, wobei über die Einstellung des Vergrößerungsfaktors die Neigung des Referenzquerschnitts im gebeugten Strahlenbündel (P2) veränderbar ist.Coherence reducer according to one of the above claims, characterized in that between the diffraction grating ( 1 ) and the lens array ( 3 ) An optics with adjustable magnification factor is arranged, wherein the inclination of the reference cross-section in the diffracted beam (P2) is variable via the setting of the magnification factor. Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (1) als reflektives Beugungsgitter (1) ausgebildet ist.Coherence reducer according to one of the above claims, characterized in that the diffraction grating ( 1 ) as a reflective diffraction grating ( 1 ) is trained. Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (1) als Liniengitter mit sich parallelen, geradlinig erstreckenden Gitterlinien ausgebildet ist.Coherence reducer according to one of the above claims, characterized in that the diffraction grating ( 1 ) is formed as a line grid with parallel, rectilinearly extending grid lines. Verfahren zur Verringerung der Kohärenz eines kohärenten Strahlenbündels, das einem Linsenarray (3), das mehrere in einer Spaltenrichtung (x) und einer Zeilenrichtung (y) angeordnete Linsen (6) in einer Array-Ebene (E2) aufweist, und einer dem Array (3) nachgeordneten Optik (4, 5), die die Linsen (6) überlagernd in eine Feldebene (F) abbildet, zugeführt wird, wobei mittels einem Beugungsgitter (1) das zugeführte Strahlenbündel (P1) in eine vorbestimmte Beugungsordnung gebeugt wird und als gebeugtes Strahlenbündel (P2) so auf das Linsenarray (3) trifft, daß ein senkrecht zur Ausbreitungsrichtung liegender Referenzquerschnitt des einfallenden Strahlenbündels (P1) nach der Beugung am Gitter (1) im gebeugten Strahlenbündel (P2) gegenüber der Array-Ebene (E2) geneigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter so angeordnet wird, daß die Normale (N1) einer Referenzebene (E1), in der der Referenzquerschnitt des gebeugten Strahlenbündels (P2) liegt, mit der Normalen (N2) der Array-Ebene (E2) einen Winkel (ΘE) zwischen 0° und 90° aufspannt und in einer Ebene (E3) liegt, die die Arrayebene (E2) in einer Arraygeraden (G1) schneidet, die mit der Zeilen- und Spaltenrichtung in der Array-Ebene (E2) jeweils einen Winkel (α2, α3) von ungleich 0° einschließt.Method for reducing the coherence of a coherent beam bundle, which is a lens array ( 3 ) which has a plurality of lenses arranged in a column direction (x) and a row direction (y) ( 6 ) in an array plane (E2) and one of the array ( 3 ) downstream optics ( 4 . 5 ), which are the lenses ( 6 ) superimposing in a field plane (F) maps, is supplied, wherein by means of a diffraction grating ( 1 ), the supplied beam (P1) is diffracted into a predetermined order of diffraction and as a diffracted beam (P2) so on the lens array ( 3 ) that a reference cross-section of the incident beam (P1) lying perpendicular to the direction of propagation after the diffraction at the grating ( 1 ) is inclined in the diffracted beam (P2) with respect to the array plane (E2), characterized in that the grating is arranged so that the normal (N1) of a reference plane (E1), in which the reference cross section of the diffracted beam (P2) lies with the normal (N2) of the array plane (E2) an angle (Θ E ) spans between 0 ° and 90 ° and in a plane (E3), which intersects the array plane (E2) in an array line (G1) , which with the row and column direction in the array plane (E2) in each case an angle (α 2 , α 3 ) of not equal to 0 °.
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8181 Inventor (new situation)

Inventor name: BURKHARDT, MATTHIAS, 07768 EICHENBERG, DE

Inventor name: WALD, MATTHIAS, 07751 JENA, DE

Inventor name: GREIF-WUESTENBECKER, JOERN, WIEN, AT

Inventor name: PESCH, ALEXANDER, DIPL.-PHYS., 07745 JENA, DE

Inventor name: RUDOLF, KLAUS, 07749 JENA, DE

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