DE69918592T3

DE69918592T3 - Linsenfassung und Projektor mit Ausrichtanordnung

Info

Publication number: DE69918592T3
Application number: DE69918592T
Authority: DE
Inventors: Yuji Tokyo Sudoh
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2011-07-28
Anticipated expiration: 2019-04-24
Also published as: US20010038497A1; EP0952490B1; US6563652B2; JP2000009980A; EP0952490A2; DE69918592D1; JP3031375B2; DE69918592T2; EP0952490B2; US6285512B1; EP0952490A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein optisches System, umfassend eine Linsenfassung mit einem optischen Element, das durch sein eigenes Gewicht verformt wird und/oder in der Position gehalten wird und ebenfalls auf einen Projektor mit einer Ausrichteinrichtung, der die Linsenfassung umfasst. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Linsenfassung, die ein derartiges optisches Element aufweist, z. B. ein binäres diffraktives optisches Element und auf einen Projektor mit einer Ausrichteinrichtung, der die Linsenfassung umfasst.
Optische Systeme mit diffraktiven optischen Elementen wurden in den letzten Jahren in verschiedener Weise entwickelt. Die bekannten diffraktiven optischen Elemente, die für optische Systeme verwendet werden, umfassen z. B. Fresnel-Linsen, Kinoform-Hologramme, binäre optische Elemente und Hologramm-Elemente.
Das diffraktive optische Element wird zur Umwandlung einer einfallenden Wellenfront in eine vorbestimmte Wellenfront verwendet und weist Merkmale auf, die refraktive Linsen nicht besitzen. Beispielsweise weist das diffraktive optische Element eine zu der der refraktiven Linse umgekehrte Dispersion auf und kann dünn ausgebildet werden, sodass das gesamte optische System kompakt aufgebaut werden kann.
Wenn das diffraktive optische Element in einer binären Form angeordnet wird, kann allgemein das diffraktive optische Element durch die Verwendung von Herstellungsverfahren für Halbleiter hergestellt werden. Wenn ein derartiges Herstellungsverfahren angewendet wird, kann das diffraktive optische Element ohne Schwierigkeiten mit feinen Abständen herstellt werden. Aus diesem Grund werden Versuche für binäre diffraktive optische Elemente mit einer Sägezahnform durchgeführt, die sich an eine Stufenform annähert.
Dabei wurden verschiedene Verfahren zur Anordnung der optischen Elemente, wie z. B. ein diffraktives optisches Element, eine Linse usw. innerhalb einer Linsenfassung verwendet. Die bekannten Verfahren umfassen ein Einpressen der Linse, ein Einklemmverfahren usw.
1 zeigt eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Linsenfassung, in der optische Elemente mittels des Linsenpressverfahrens angeordnet sind. Wie in 1 dargestellt, sind Linsen 8 angeordnet, um ein optisches Projektionssystem zu bilden. Die Linsenfassung 9 ist zur Halterung der Linsen 8 angeordnet. Halteringe 10 sind in der Linsenfassung 9 zur Befestigung der Linsen 8 an ihren Positionen vorgesehen, wodurch die Linsen 8 gegen die entsprechenden Linsenauflagerteile „a” der Linsenfassung 9 aufliegen.
Die äußeren Formen der Linsen 8 sind vorher so geschliffen, dass sie in Bezug auf eine optische Achse La der Linse koaxial sind, indem sie bis zu einem bestimmten Präzisionsgrad bearbeitet wurden, und die Außendurchmesser sind so bemessen und bestimmt, dass sie einem vorbestimmten Präzisionsgrad entsprechen.
Der Innendurchmesser der Linsenfassung 9 ist vorher entsprechend dem Außendurchmesser der Linsen 8 so bearbeitet, dass ein vorbestimmtes Spiel zwischen dem Innendurchmesser der Linsenfassung 9 und dem Außendurchmesser jeder Linse 8 vorhanden ist, wenn die Linsen 8 in die Linsenfassung 9 eingepasst werden.
Die Linsen 8 sind in Richtung der optischen Achse La durch Einschrauben eines Gewinderings 10, der auf seinem äußeren Umfang ein Gewinde aufweist, in ein entsprechendes Gewinde 90, das auf der Innenwand der Linsenfassung 9 ausgebildet ist, positioniert. Jeder Gewindering 10 wird auf diese Weise eingeschraubt, wodurch die Linsen 8 auf den entsprechenden Linsenauflagerteilen „a” so aufliegen, dass die Linsen 8 positionsmäßig festgelegt sind.
Bei der in 1 dargestellten üblichen Linsenfassung neigt die Oberflächenform jeder Linse, da jede Linse 8 gegen die entsprechenden Linsenauflagerteile „a” gedrückt werden, zu einer der Form des Gewinderings 10 und der Form des Linsenauflageteils „a” entsprechenden Verformung. Eine derartige Verformung bringt jedoch das Problem mit sich, dass sie die optischen Eigenschaften der Linsen 8 verändert.
Um dieses Problem zu lösen, ist es möglich, die die Andruckkraft auf die Linse 8 zu verringern, indem man die Linse 8 mittels eines Adhäsivs an der Innenwand der Linsenfassung 9 anklebt, ohne den Gewindering 10 zu verwenden. Wenn jedoch die Richtung der optischen Achse mit der Richtung der Gravitation zusammenfällt, kann die Linse 8 manchmal aufgrund ihres eigenen Gewichts bis zu einem gewissen Grad und in einige Richtungen entsprechend der Form des Linsenauflageteils „a” verformt werden.
Es ist schwierig, das Linsenauflageteil hinsichtlich der Ebenmäßigkeit genauer als die Ebenmäßigkeit der Linsenoberfläche zu bearbeiten. Weiter ist es schwierig, genau die Verformung der Linse, die auf dem Linseauflageteil aufliegt, vorherzubestimmen, da sich die Form des Linseauflageteils in jeder Linsenfassung von dem einer anderen Linsenfassung unterscheidet. Daher ist es für den Fall, dass in einem optischen System sogar eine kleinste Verformung als ein sehr schwerer Nachteil angesehen wird, erforderlich, dass die optische Leistung des optischen Systems nach dem Zusammenbau des optischen Systems bewertet werden muss und die Lage oder Position jeder Linse muss entsprechend dem Ergebnis der Bewertung in einer bestimmten Weise justiert werden, um verschiedene sich von der Verformung der Oberfläche ergebende Aberrationen zu berichtigen. Entsprechend erhöhen sich die notwendigen Zusammenbau- und Einstellverfahren durch derartige notwendige zusätzliche Verfahren.
Wenn weiter ein dünnes optische Element, wie z. B. ein diffraktives optisches Element oder ähnliches in einer Linsenfassung gehalten werden muss, wird die oben beschriebene Verformung zu groß, um eine gewünschte optische Leistung durch Justieren der Lage oder Position des optischen Elements zu erreichen.
Aus der DE-A-1923418 ist es bekannt, eine Linse mittels drei Kontaktpunkten, die auf einem Linsenhalter vorgesehen sind, zu lagern und Adhäsiv zwischen dem Außenumfang der Linse und der Linsenfassung vorzusehen. Die Linse wird mittels des Ahäsivs längs des gesamten Außenumfangs der Linse gelagert und nicht nur mittels der drei Kontaktpunkte. D. h., sogar, wenn die Linse aufgrund ihres eigenen Gewichts verformt wird, kann eine derartige Verformung nicht rotations-asymmetrisch relativ zu der optischen Achse verlaufen.
Gemäß der US-A-4043644 wird eine Linse oder ein Spiegel mittels einer Lagereinrichtung so verformt, um spezifische optische Eigenschaften zu erreichen. Die Linse oder der Spiegel wird jedoch nicht durch sein eigenes Gewicht verformt. Die sich durch die Verformung aufgrund des eigenen Gewichts ergebenen optischen Eigenschaften werden nicht korrigiert.
Gemäß der US-A-5636000 wird eine Abweichung eines Brennpunkts durch Bewegen eines diffraktiven optischen Elements in Richtung der optischen Achse korrigiert. Das optische Element wird nicht durch sein eigenes Gewicht verformt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Projektor mit Ausrichtvorrichtung oder ein optisches System zu schaffen, das eine Linsenfassung mit einer hohen optischen Leistung umfasst.
Diese Aufgabe wird durch einen Projektor mit Ausrichtvorrichtung nach Anspruch 1 und ein optisches System gelöst, das die Merkmale der Ansprüche 3 oder 4 aufweist.
Ein Projektor mit einer Ausrichtanordnung, die ein derartiges optisches System aufweist, ergibt sich aus Anspruch 14.
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind in der Linsenfassung jedes der mehreren vorstehenden Teile so angeordnet, dass es im Wesentlichen mit dem optischen Element in einer Punktberührung steht.
Weiter sind in der Linsenfassung die Positionen der mehreren vorstehenden Teile in einer Richtung zur optischen Achse gleich.
Weiter ist in der Linsenfassung die Anzahl der mehreren vorstehenden Teile zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, oder neun.
Weiter haften in der Linsenfassung mehrere Punkte eines Umfangsteils des optischen Elements an einer Innenwand der Linsenfassung mittels eines Adhäsivs.
Weiter ist in der Linsenfassung das optische Element eine Linse oder ein Spiegel.
Weiter ist in der Linsenfassung das optische Element ein diffraktives optisches Element.
Weiter umfasst die Linsenfassung mehrere optische Elemente, von denen jedes eine lichtübertragende Oberfläche aufweist, die im Wesentlichen nicht durch ihr eigenes Gewicht und/oder durch Drücken verformbar ist, wobei die mehreren optischen Elemente eine Linse und/oder einen Spiegel umfassen.
Weiter ist in der Linsenfassung jedes der vorstehenden Teile halbkugelförmig oder stiftförmig ausgebildet.
Weiter sind in der Linsenfassung die mehreren vorstehenden Teile so angeordnet, dass die lichtübertragende Oberfläche des optischen Elements symmetrisch in Bezug auf sowohl eine erste Ebene, die die optische Achse einschließt, als auch eine zweite Ebene, die die optische Achse einschließt und senkrecht zur ersten Ebene verläuft, verformbar ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Projektor mit einer Ausrichtvorrichtung vorgesehen, umfassend die Linsenfassung, die ein erfindungsgemäßes optisches System aufweist, wobei der Projektor mit der Ausrichtvorrichtung ein auf einer Maske ausgebildetes Muster unter Verwendung des optischen Systems auf ein Substrat projiziert und es belichtet.
Die obige Aufgabe als auch die Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht zur Darstellung der Anordnung der üblichen Linsenfassung;
2 eine Schnittansicht zur Darstellung der wesentlichen Teile einer Linsenfassung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung der Einzelheiten der Teile, an denen ein diffraktives optisches Element gemäß 2 angeordnet ist;
4 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines Zustands, in den das diffraktive optische Element gemäß 2 aufgrund seines eigenen Gewichts verformt wird;
5 ein Diagramm zur Erläuterung des Ergebnisses einer Berechnung mittels eines finiten Elementverfahrens der Verformung des diffraktiven optischen Elements gemäß 2 aufgrund seines eigenen Gewichts;
6 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung eines Falls, in dem sphärische Teile zur Anordnung des diffraktiven optischen Elements gemäß 2 an drei Stellen angeordnet sind;
7 eine schematische Darstellung der relativen Positionen von zwei diffraktiven optischen Elementen gemäß 2;
8 eine Schnittansicht zur Darstellung der wesentlichen Teile einer Linsenfassung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
9 eine schematische Darstellung eines Diffraktions-Gittermusters des diffraktiven optischen Elements gemäß 2 und eine Brennpunktposition des diffraktiven optischen Elements, die man bei einer Verformung aufgrund des eigenen Gewichts erhält;
10 eine schematische Ansicht eines Diffraktions-Gittermusters eines diffraktiven optischen Elements gemäß 8 und eine Brennpunktposition des diffraktiven optischen Elements in einem Zustand der Verformung durch sein eigenes Gewicht;
11A und 11B Diagramme zur Erläuterung, wenn die vorstehenden Teile zur Anordnung eines diffraktiven optischen Elements an drei bzw. vier Stellen vorgesehen sind;
12 eine Schnittansicht zur Darstellung der wesentlichen Teile einer Linsenfassung; und
13 eine Schnittansicht zur Darstellung der wesentlichen Teile eines Projektors mit einer Ausrichteinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die 2 bis 7 beziehen sich auf eine erste Ausführungsform der Erfindung. 2 ist eine Schnittansicht zur Darstellung der wesentlichen Teile einer Linsenfassung 4 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung. In 2 fällt die Richtung der Gravitation mit der Richtung einer optischen Achse zusammen, die als Richtung Z in 2 dargestellt ist. Refraktionslinien 1 (1a und 1b) bilden ein optisches System. Jeweils ein diffraktives optisches Element 2 und 3 ist durch koaxiale Ausbildung eines diffraktiven Gittermusters der Sägezahnform in Form von konzentrischen Kreisen auf der Oberfläche einer Glasbasisplatte ausgebildet. Die diffraktiven optischen Elemente 2 und 3 sind mittels Lagerteilen 4a und 4b der Linsenfassung 4 durch kugelförmige vorstehende Teile 6 gelagert, die weiter unten beschrieben werden.
Die Linsenfassung 4 dient zur Aufnahme des optischen Systems. In der Linsenfassung 4 sind die Lagerteile 4a und 4b zur Befestigung der Refraktionslinse 1a, des diffraktiven optischen Elements 2, der Refraktionslinse 1b und des diffraktiven optischen Elements 3 an ihren Positionen mit Adhäsiven 5 in einem vorbestimmten Abstand in Richtung der optischen Achse festgelegt. Die Lagerteile 4a und 4b sind an der Linsenfassung 4 mit Schrauben (nicht dargestellt) so befestigt, dass die optischen Achsen der entsprechenden optischen Elemente miteinander zusammenfallen.
3 zeigt die Einzelheiten eines Aufbaus, mit dem das diffraktive optische Element 2 an der Innenwand der Linsenfassung 4 positioniert ist. Das andere diffraktive optische Element 3 ist ebenfalls durch eine Struktur positioniert, die der Positionierstruktur gemäß 3 ähnlich ist. Wie in 3 dargestellt, sind zwei kugelförmige vorstehende Teile 6 in gleichen Abständen von der optischen Achse auf einer Achse L2 (erste senkrechte Achse) angeordnet, die senkrecht zur optischen Achse verläuft und in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse des Lagerteils 4a liegt. Die Spitzen der zwei vorstehenden Teile 6, die an symmetrischen Positionen in Bezug auf eine Ebene XZ angeordnet sind, sind in ein und derselben Ebene angeordnet, die senkrecht zur optischen Achse (d. h. in der gleichen Position gesehen in Richtung der optischen Achse) verläuft. Die Spitzen der kugelförmigen vorstehenden Teile 6 stehen im Wesentlichen in einer Punktberührung mit dem diffraktiven optischen Element 2.
Die kugelförmigen vorstehenden Teile 6 können durch stiftförmige vorstehende Teile ersetzt werden, die kleine Ebenen an ihren Endabschnitten aufweisen. In diesem Fall sind zwei kleine Ebenen innerhalb der oben beschriebenen ein und derselben Ebene angeordnet, die senkrecht zur optischen Achse verläuft (d. h. in der gleichen Position gesehen in Richtung der optischen Achse).
Das diffraktive optische Element 2 steht somit direkt mit dem Lagerteil 4a nur an den Spitzen oder den kleinen Ebenen der vorstehenden Teile 6 in Berührung. Weiter ist ein Adhäsiv 5 am Umfangsabschnitt des diffraktiven optischen Elements 2 nur in der Nähe der vorstehenden Elemente 6 angebracht. Entsprechend dreht sich das diffraktive optische Element 2 niemals um die Achse L2 und die von den Zonen mit dem Adhäsiv 5 unterschiedlichen Zonen des diffraktiven optischen Elements 2 bleiben durch das eigene Gewicht des diffraktiven optischen Elements 2 verformbar. Die Oberflächenformen der Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen des diffraktiven optischen Elements 2 nach der Verformung sind somit in Bezug auf die Ebene XZ symmetrisch, während die Oberflächenformen der Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen des anderen diffraktiven optischen Elements 3 nach der Verformung symmetrisch in Bezug auf die Ebene YZ sind.
Im Fall der bekannten oben beschriebenen Ausführungsform ist es kaum möglich, vorherzusagen oder vorherzubestimmen, wie sich eine Linse auf einem Linsenlagerteil des Lagers verformen wird, da die genaue Form des Linsenlagerteils des Lagers sich mit den individuell herstellten Produkten verändert. Entsprechend ist die Befestigung gemäß der ersten oben beschriebenen Ausführungsform des diffraktiven optischen Elements 2 vorhersehbar, wenn es aufgrund seines eigenen Gewichts in einer Weise verformt wird, die ungefähr symmetrisch in Bezug auf die beiden Achsen L2 und eine Achse L2' (zweite senkrechte Achse), die senkrecht zu der Achse L2 verläuft, verformt wird, d. h. in Bezug auf die beiden Ebenen XZ und YZ, wie in 4 dargestellt. Die Größe der Verformung (Verwerfung) findet an jedem Punkt des diffraktiven optischen Elements 2 oder 3 statt und kann genau bei der Auslegung des optischen Systems durch die finite Elementenmethode oder ähnlichem berechnet werden.
5 zeigt ein Ergebnis einer Berechnung mit der finiten Elementenmethode eines Verformungszustandes des diffraktiven optischen Elements, das bei der ersten Ausführungsform verwendet wird und eine Dicke von 1 mm aufweist.
Es ist ebenfalls möglich, durch Versuche und Tests ohne Durchführung einer Berechnung vorherzusagen, wie sich das diffraktive optische Element verformt. Eine derartige experimentelle Methode ergibt ebenfalls eine entsprechende reproduzierbare Verformung des diffraktiven optischen Elements.
In dem Fall der ersten Ausführungsform ist die Anordnung des diffraktiven optischen Elements 2 so ausgeführt, dass das diffraktive optische Element 2 sich nicht um die Achse L2 aufgrund des Adhäsivs 5 drehen kann. Diese Anordnung kann jedoch so verändert werden, dass die Anordnung des diffraktiven optischen Elements 2 mittels Ersetzen des einen der vorstehenden Teile 6 durch vorstehende Teile 6', die an zwei Stellen in der Nähe der Achse L2 des Lagerteils 4a angeordnet sind, verändert wird, wie in 6 dargestellt.
In diesem Fall sind die zwei vorstehenden Teile 6' in der Nähe in gleichen Abständen von der Achse L2 so angeordnet, dass sich das diffraktive optische Element 2 symmetrisch in Bezug auf die beiden Achsen L2 und die Achse L2' verformen kann. Weiter ist die Spitze des vorstehenden Teils 6 und die Spitzen der zwei vorstehenden Teile 6' so angeordnet, dass sie in ein und derselben Ebene liegen, die senkrecht zur optischen Achse verläuft, (d. h., in der gleichen Position gesehen in Richtung der optischen Achse).
7 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Falls, in dem zur Berichtigung der berechneten verschiedenen Aberrationen, wie z. B. des Astigmatismus, der Differenz zwischen den longitudinalen und lateralen Vergrößerungen usw., die sich durch die Verformung aufgrund ihres eigenen Gewichts ergeben, wenn zwei diffraktive optische Elemente 2 und 3 gemäß 2 in der oben beschriebenen Weise auf den Lagerteilen 4a und 4b gelagert sind, die diffraktiven Elemente 2 und 3 so gelagert sind, dass die Achsen L2 und L3, die Bezugsachsen ihre Verformungen sind, senkrecht zueinander verlaufen.
In diesem Fall ist eins der zwei diffraktiven optischen Elemente 2 und 3 so angeordnet, dass es ein optisches Korrekturelement zur Berichtigung der Verformung des anderen der zwei diffraktiven optischen Elemente 2 und 3 ist. Es ist auch möglich, als das eine der zwei diffraktiven optischen Elemente eine anamorphorische Linse zu verwenden, die verformbar oder nicht verformbar ist.
Gemäß der Anordnung der oben beschriebenen ersten Ausführungsform können die Aberrationen des optischen Systems genau zum Zeitpunkt der Auslegung der diffraktiven optischen Elemente, bevor das optische System zusammengebaut wird, vorhergesagt werden. Somit kann ein optisches System zur Berichtigung so ausgelegt werden, dass die Aberrationen berichtigt werden, sodass die Anzahl der erforderlichen Zusammenbauverfahren ohne Fehler vermindert werden kann.
Da die Verformung des diffraktiven optischen Elements auch vorhersagbar ist, wenn der Betrag der Verformung des diffraktiven optischen Elements zu groß ist, um die Aberrationen zu berichtigen, kann eine optische Auslegung berichtigt werden, um z. B. die Dicke usw. des diffraktiven optischen Elements so zu verändern, dass der vorhergesagte Betrag der Verformung korrigiert wird, und zwar vor der Bearbeitung und dem Zusammenbau. Die erste Ausführungsform ermöglicht somit eine Verbesserung der Güte der Produkte.
Bei der ersten oben beschriebenen Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Anordnung bei einem Fall angewendet, bei dem dünne diffraktive optische Elemente, die aufgrund ihres eigenen Gewichts und/oder infolge des Zustands der Lagerung mittels der Lagerteile der Linsenfassung zur Verformung neigen. Ihre optischen Eigenschaften sowie die des gesamten optischen Systems mit ihnen werden aufgrund ihrer Verformungen zu einem relativ großen Maß beeinflusst. Die erfindungsgemäße Anordnung kann in ähnlicher Weise ebenfalls bei Fällen angewendet werden, bei denen optische Elemente zur Verformung neigen, wie z. B. refraktive Linsen und reflektierende Spiegel, die fest angeordnet sind. Weiter kommen Fälle in Betracht, bei denen nicht verformbare optische Elemente nicht nur Linsen, sondern ebenfalls Spiegel oder Spiegel in Kombination mit Linsen vorgesehen sind. Der hier zur Beschreibung der Erfindung verwendete Ausdruck „Linsenfassung” ist somit nicht auf eine Linsenfassung mit Linsen begrenzt, sondern kann eine optische Fassung darstellen, die keine Linsen enthält.
Im Folgenden soll unter Bezugnahme auf die 8 bis 11 eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. 8 zeigt schematisch die wesentlichen Teile einer Linsenfassung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung. In 8 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in 2 der ersten Ausführungsform die gleichen Teile. Die Gravitationsrichtung fällt mit der optischen Achse der Linsenfassung zusammen, die als Richtung Z in 8 dargestellt ist.
Bei der zweiten Ausführungsform gemäß 8 wird ein diffraktives optisches Element 7 verwendet, das ein Diffraktionsgitter in Form eines Sägezahnmusters auf der Oberfläche einer Glasgrundplatte aufweist.
9 zeigt eine Brennpunktposition, die man erhält, wenn sich das diffraktive optische Element 2 gemäß 2 in einem durch sein eigenes Gewicht verformten Zustand befindet. Die gestrichelten Linien in 9 zeigen die Grenzen eines ringförmigen Diffraktions-Gittermuster. Im Fall des diffraktiven optischen Elements 2 gemäß 9 besteht das ringzonenförmige Diffraktions-Gittermuster aus zyklischen Zonen, die in Bezug auf die optische Achse konzentrisch ausgebildet sind. Ein Abstand zwischen der einen ringförmigen Zone und der anderen ringförmigen Zone in dem ringzonenförmigen Diffraktions-Gittermuster (im Folgenden als Abstand des Diffraktions-Gittermuster bezeichnet) ist in Richtung des Umfangs konstant. Wenn daher das diffraktive optische Element 2 durch sein eigenes Gewicht verformt wird, fällt eine Brennpunktposition P2 in einer Ebene der optischen Achse und die Achse L2 in 9 nicht mit einer Brennpunktposition P2' in einer Ebene senkrecht zur Ebene der Brennpunktposition P2 zusammen.
10 zeigt eine Brennpunktposition des in der zweiten Ausführungsform verwendeten diffraktiven optischen Elements 7. Wie in 10 dargestellt, ist der Abstand des Diffraktions-Gittermusters so ausgelegt, dass er in Richtung der Symmetrieachse L7 der Verformung geringer und in einer Richtung senkrecht dazu größer ist, sodass bewirkt wird, dass eine Brennpunktposition P7 innerhalb einer Ebene mit der optischen Achse und die Achse L7 mit einer Brennpunktposition in einer Ebene, die senkrecht zur ersten Ebene liegt, zusammenfällt, wenn das diffraktive optische Element 7 durch sein eigenes Gewicht innerhalb der Linsenfassung 4 verformt wird.
Die erste Ausführungsform ist angeordnet, um die von der Verformung herrührenden Aberrationen zu korrigieren, indem man mehrere diffraktive optische Elemente kombiniert. Bei der zweiten Ausführungsform ist andererseits das Diffraktions-Gittermuster so ausgelegt, dass eine Abstandsverteilung durch Verändern des Diffraktions-Gitterabstandes erhalten wird, bevor die Verformung des diffraktiven optischen Elements 7 stattfindet, sodass man die gewünschten optischen Eigenschaften mit dem diffraktiven optischen Element 7 in einem verformten Zustand infolge des eigenen Gewichts erhält. Durch diese Anordnung kann man die gewünschten optischen Eigenschaften nach der Verformung des diffraktiven optischen Elements 7 erhalten, ohne auf irgendein zusätzliches korrigierendes optisches System zurückzugreifen. Das optische System kann somit kompakt angeordnet werden.
Die Verminderung der Anzahl der optischen Elemente des optischen Systems, die aufgrund der Anordnung der zweiten Ausführungsform möglich ist, ergibt weitere Vorteile, wie z. B. eine Verbesserung des Übertragungsfaktors, der Streuung usw.
Die Anzahl und Positionen der mehreren vorstehenden Teile, die zur Lagerung des diffraktiven optischen Elements angeordnet sind, ist nicht auf die Anordnung der beschriebenen zweiten Ausführungsform begrenzt, sondern kann je nach Wunsch verändert werden. Beispielsweise ist die Anzahl der Teile, die das diffraktive optische Element lagern, nicht auf zwei begrenzt, sondern kann drei oder vier sein, wie dies in 11(A) oder 11(B) dargestellt ist, oder kann auf fünf, sechs, sieben, acht oder neun je nach Wunsch verändert werden. In jeder derartigen Änderung des diffraktiven optischen Elements ist es jedoch notwendig, ein Mehrfachringzonen-Diffraktionsgitter zu erzeugen, bei dem der Abstand der Ringzonen des Diffraktions-Gittermusters gemäß der Richtung und des Betrages der Verformung variiert, wie dies mittels gestrichelter Linien in den 11(A) und 11(B) dargestellt ist.
In dem Fall, in dem ein binäres diffraktives optisches Element verwendet wird, bei dem die Sägezahnform (Querschnittsform, gesehen in einer Ebene der optischen Achse) des Ringzonen-Diffraktionsgittermusters sich einer abgestuften Form, bestehend aus mehreren Abstufungen, annähert, kann das diffraktive optische Element mittels eines bekannten Verfahrens hergestellt werden, bei dem das Muster auf der Originalplatte auf die Glasgrundplatte mittels einer Belichtungsvorrichtung übertragen wird, die man bei der Herstellung von Halbleiterprodukten verwendet. In diesem Fall ist es natürlich erforderlich, dass das Muster der Originalplatte so hergestellt ist, dass es möglich ist, dass das Diffraktions-Gittermuster einen mit den Teilen des Musters veränderten Abstand aufweist, das auf die Glasgrundplatte übertragen wird.
Weiter kann man die gleichen vorteilhaften Wirkungen ebenfalls mit einem Belichtungs-Übertragungsverfahren erreichen, das auf dem Muster der Originalplatte durchgeführt wird, das im nicht belasteten Zustand konzentrisch ist, indem man in einer Ebene mindestens entweder die Originalplatte oder die Glasgrundplatte verformt.
12 zeigt schematisch die Anordnung einer Linsenfassung. In 12 bezeichnen gleiche Bezugszeichen, die bei der ersten Ausführungsform verwendet wurden, die gleichen Teile. Die Gravitationsrichtung fällt mit der Richtung der optischen Achse zusammen, d. h. die in 12 mit Z bezeichnete Richtung.
Das Verfahren zum Lagern des optischen Elements gemäß der ersten Ausführungsform wird bei einer gewöhnlichen sphärischen Linse 8 verwendet, deren Oberflächenform zur optischen Achse rotations-symmetrisch ausgebildet ist. Die sphärische Linse 8, die mittels der an zwei im Abstand von 180° angeordneten Stellen vorgesehenen Kugelteile 6 gelagert ist, ist so angeordnet, dass sie sich aufgrund ihres eigenen Gewichts verformt, um eine asphärische Oberflächenform einzunehmen, die sowohl in Bezug auf eine Ebene XZ als auch eine Ebene YZ symmetrisch ist. Es ist daher möglich, ein optisches System auszulegen, indem man vorher die Aberrationen, wie z. B. den Astigmatismus und eine Differenz zwischen der longitudinalen und der lateralen Vergrößerung berechnet, die z. B. dann stattfindet, wenn die sphärische Linse 8 in ihrer Position gehalten wird. Mit einem auf diese Weise hergestellten optischen System erhält man eine optische Leistung, die gleich der optischen Leistung eines optischen Systems ist, das eine asphärische Linse verwendet. Weiter kann die Linse 8 (asphärische Linse) als ein optisches Korrektursystem verwendet werden, um die Aberrationen eines zusammengebauten optischen Systems zu berichtigen.
Die Anzahl der Stellen, an denen die Kugelteile 6 angeordnet sind, ist natürlich nicht auf zwei in Abstand von 180° beabstandeten Stellen begrenzt. Diese Linsenhalteteile 6 können an drei oder vier Stellen angeordnet sein. Weiter kann das oben beschriebene Halteverfahren auf eine asphärische Linse angewendet werden.
13 zeigt schematisch die Anordnung der wesentlichen Teile eines Projektors mit Ausrichtanordnung zur Herstellung von Halbleiterteilen, bei dem eine Linsenfassung gemäß der Erfindung verwendet wird, der eine dritte Ausführungsform der Erfindung darstellt. Wie in 13 dargestellt, wir ein auf einer Strichplatte (erstes Objekt) R vorgesehenes Schaltkreismuster, das von einem Belichtungssystem ER belichtet wird, mittels eines Projektors TL auf die Oberfläche eines Wafers (photosensitives Substrat) D projiziert. Der Projektor TL umfasst eine Linsenfassung mit einem Element BO, wie in der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben, verformbar ist. Dann werden die weiteren Verfahren, wie z. B. Entwickeln und Ätzen auf dem Wafer W, der mit den Abbildungen des Schaltkreismusters belichtet wurde, durchgeführt, sodass auf diese Weise ein Halbleiterteil hergestellt wird.
Eine Linsenfassung umfasst ein optisches Element mit einer lichtdurchlässigen Oberfläche, das durch sein eigenes Gewicht und/oder seine Lagerung verformt wird und weist weiter mehrere vorstehende Teile auf, die das optische Element lagern. Die mehreren vorstehenden Teile sind so angeordnet, dass die lichtduchlässige Oberfläche des optischen Elements in Bezug auf eine Ebene, die eine optische Achse einschließt, symmetrisch verformbar ist.

Claims

Projektor mit Ausrichtvorrichtung, der ein auf einer Maske ausgebildetes Muster unter Verwendung eines optischen Systems auf ein Substrat projiziert ist und es belichtet, mit einem optischen System, umfassend: eine Linsenfassung (4), eine Vielzahl von optischen Elementen (1, 2, 3, 7, 8), eine erste Vielzahl von vorstehenden Teilen (6) zum Lagern eines optischen Elements (2, 7, 8) von der Vielzahl von optischen Elementen innerhalb der Linsenfassung (4) in so einer Weise, dass sich eine Aberration von einer Verformung des einen optischen Elements aufgrund seines eigenen Gewichts in einer symmetrischen Weise in Bezug auf eine die optische Achse enthaltende Ebene ergibt; und eine Einrichtung zur Berichtigung der Aberration durch die Verformung, wobei die Einrichtung zur Berichtigung eine zweite Vielzahl von vorstehenden Teilen (6) zum Lagern eines von dem einen optischen Element verschiedenen zweiten optischen Elements (3) von der Vielzahl von optischen Elementen aufweist, und wobei das andere optische Element aufgrund seines eigenen Gewichts in einer symmetrischen Weise mit Bezug auf eine die optische Achse enthaltende Ebene verformt ist, und wobei Lagerpositionen der ersten und zweiten vorstehenden Teile (6) zueinander versetzt sind, um so eine gegenseitige Korrektur von Variationen der optischen Eigenschaften der zwei optischen Elemente zu ermöglichen, die durch eine Verformung verursacht sind.
Projektor mit Ausrichtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von optischen Elementen eine Vielzahl von Linsen (1, 8) und eine Vielzahl von diffraktiven optischen Elementen (2, 3, 7) aufweist, und zwei der Vielzahl von diffraktiven optischen Elementen durch ihr eigenes Gewicht in einer symmetrischen Weise in Bezug auf eine die optische Achse enthaltende Ebene verformt sind.
Optisches System, umfassend eine Linsenfassung (4), eine Vielzahl von optischen Elementen (1, 2, 3, 7, 8), ein erstes Paar von vorstehenden Teilen (6) zum Lagern eines optischen Elements (2, 7, 8) aus der Vielzahl von optischen Elementen innerhalb der Linsenfassung (4) an nur zwei Lagerpunkten in so einer Weise, dass sich eine Aberration von einer Verformung des einen optischen Elements aufgrund seines eigenen Gewichts in einer symmetrischen Weise in Bezug auf eine die optische Achse enthaltende Ebene ergibt; und eine Einrichtung zum Korrigieren der Aberration durch die Verformung, wobei die Einrichtung zum Korrigieren eines von der Vielzahl von optischen Elementen, nämlich eine anamorphische Linse (1) mit einer in Bezug auf eine die optische Achse enthaltenden Ebene symmetrischen Form aufweist, indem es durch ein zweites Paar von vorstehenden Teilen (6) an nur zwei Punkten gelagert ist, und wobei Lagerpositionen der ersten und zweiten vorstehenden Teile (6) zueinander versetzt sind, um so eine gegenseitige Korrektur von Variationen der optischen Eigenschaften der optischen Elemente zu ermöglichen, die durch eine Verformung verursacht sind.
Optisches System, umfassend eine Linsenfassung (4), ein diffraktives optisches Element (7) mit einer optischen Achse, eine Vielzahl von vorstehenden Teilen (6) zum Lagern des diffraktiven optischen Elements (7) innerhalb der Linsenfassung (4) in so einer Weise, dass sich die optische Eigenschaft des diffraktiven optischen Elements (7) infolge der Verformung des diffraktiven optischen Elements (7) durch sein eigenes Gewicht in einer symmetrischen Weise in Bezug auf eine die optische Achse enthaltende Ebene ändert, wobei das diffraktive optische Element mit einem Beugungsgitterabstand versehen ist, der sich gemäß der Richtung und der Verformungsmenge in so einer Weise ändert, dass die optische Eigenschaft des diffraktiven optischen Elements (7) in dem verformten Zustand relativ zu seiner optischen Achse rotations–symmetrisch ist, um eine Änderung der optischen Eigenschaft innerhalb des optischen Systems zu verhindern.
Projektor mit Ausrichtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 oder optisches System nach Anspruch 3 oder 4, wobei jedes der Vielzahl von vorstehenden Teilen so angeordnet ist, dass es im Wesentlichen mit dem optischen Element (2, 3, 7, 8) in einer Punktberührung steht.
Projektor mit Ausrichtvorrichtung oder optisches System nach Anspruch 4 oder 5, wobei Positionen der Vielzahl von vorstehenden Teilen in einer Richtung zur optischen Achse gleich sind.
Projektor mit Ausrichtvorrichtung oder optisches System nach Anspruch 4 oder 6, wobei die Anzahl der Vielzahl von vorstehenden Teilen zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht oder neun ist.
Projektor mit Ausrichtvorrichtung oder optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Vielzahl von Punkten eines Umfangsteils des optischen Elements (2, 3, 7, 8) an einer Innenwand der Linsenfassung mittels eines Adhäsivs haften.
Projektor mit Ausrichtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das optische Element eine Linse, ein Spiegel oder ein diffraktives optisches Element ist.
Projektor mit Ausrichtvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das weitere optische Element ein diffraktives optisches Element ist.
Projektor mit Ausrichtvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder optisches System nach einem der Ansprüche 3 bis 8, weiter umfassend eine Vielzahl von optischen Elementen, von denen jedes eine lichtübertragende Oberfläche aufweist, die im Wesentlichen nicht durch ihr eigenes Gewicht und/oder durch Drücken verformt ist, wobei die Vielzahl von optischen Elementen eine Linse und/oder einen Spiegel umfasst.
Projektor mit Ausrichtvorrichtung oder optisches System nach Anspruch 4, wobei jedes der Vielzahl der vorstehenden Teile halbkugelförmig oder stiftförmig ausgebildet ist.
Projektor mit Ausrichtvorrichtung oder optisches System nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Vielzahl von vorstehenden Teilen so angeordnet ist, dass die lichtübertragende Oberfläche des optischen Elements symmetrisch in Bezug sowohl auf eine erste Ebene, die die optische Achse einschließt, als auch auf eine zweite Ebene, die die optische Achse einschließt und senkrecht zur ersten Ebene verläuft, verformbar ist.
Projektor mit Ausrichtvorrichtung umfassend ein optisches System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 13, wobei der Projektor mit Ausrichtvorrichtung ein auf einer Maske ausgebildetes Muster unter Verwendung des optischen Systems auf ein Substrat projiziert ist und es belichtet.