WO2005019900A1 - Coherency reducer having a stepped mirror and method for producing a coherency reducer - Google Patents

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WO2005019900A1
WO2005019900A1 PCT/EP2004/008118 EP2004008118W WO2005019900A1 WO 2005019900 A1 WO2005019900 A1 WO 2005019900A1 EP 2004008118 W EP2004008118 W EP 2004008118W WO 2005019900 A1 WO2005019900 A1 WO 2005019900A1
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WO
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end faces
rods
optics
coherence
mirror element
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/008118
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German (de)
French (fr)
Inventor
Alexander Menck
Original Assignee
Carl Zeiss Sms Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70075—Homogenization of illumination intensity in the mask plane by using an integrator, e.g. fly's eye lens, facet mirror or glass rod, by using a diffusing optical element or by beam deflection
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/12—Beam splitting or combining systems operating by refraction only
    • G02B27/123—The splitting element being a lens or a system of lenses, including arrays and surfaces with refractive power
    • G—PHYSICS
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    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/48—Laser speckle optics
    • G—PHYSICS
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/7055—Exposure light control in all parts of the microlithographic apparatus, e.g. pulse length control or light interruption
    • G03F7/70583—Speckle reduction, e.g. coherence control or amplitude/wavefront splitting

Definitions

  • COHERENCE REDUCER WITH LEVEL MIRROR AND METHOD FOR PRODUCING A COHERENCE REDUCER
  • the invention relates to a coherence reducer with a mirror element and to a manufacturing method of such a coherence reducer.
  • Such a coherence reducer is known for example from WO 03/029875 A2.
  • two step-shaped step mirrors are used as coherence reducers, which are rotated relative to one another and must be mapped onto one another. This is relatively expensive.
  • the mirror elements by means of microstructuring techniques, such as those e.g. can be used in semiconductor manufacturing, manufactured and, if necessary, mirrored. This is also a relatively complex way of producing step mirrors
  • the object is achieved by a coherence reducer with a step mirror element, in which the step mirror element comprises a plurality of rods with reflective end faces arranged essentially parallel to one another, the reflective end faces being offset with respect to one another in the longitudinal direction of the rods.
  • glass fibers with a round cross section
  • glass rods with a square cross section
  • coherence reducer without complicated microstructuring techniques
  • all reflective end faces are parallel to one another. It is thereby achieved that, seen in plan view of the reflective end surfaces, a flat mirror surface is provided, so that the step mirror element essentially acts as a flat mirror (with the exception of the phase shifts generated by the displacement of the end surfaces in the longitudinal direction).
  • the steps formed by the mutually offset reflective end faces are selected such that the step heights between end faces, the lateral distance of which is smaller than the lateral coherence length of a coherent beam supplied, are greater than half the time coherence length of the supplied Are rays.
  • This can be implemented particularly well in the case of coherent bundles of rays whose temporal coherence length (coherence length in the direction of propagation of the bundle of rays) is relatively short.
  • multimode lasers e.g. excimer lasers.
  • an argon fluoride excimer laser emits a bundle of rays with a wavelength of approximately 193 nm and a temporal coherence length of approximately 100 ⁇ m.
  • the temporal coherence length is understood to mean a minimum (preferably the first minimum) of the temporal coherence function.
  • the interference contrast is thus minimal when two beams are superimposed, which have a phase shift by the time coherence length.
  • the specified choice of the offset of the reflective end faces ensures that the path difference for two partial beam bundles reflected by adjacent reflective end faces corresponds at least to the temporal coherence length.
  • the rods can have a square cross-section, so that the end faces are also square and form a two-dimensional square grid when viewed in a top view of the end faces.
  • a continuous mirror surface is provided when viewed in plan view of the end surfaces.
  • the rods and thus the end faces can also have a round (in particular a circular) cross section and be arranged such that they form a two-dimensional hexagonal lattice when viewed in a top view of the end faces.
  • An extremely densely packed arrangement and thus an extremely large mirror surface can thus be provided.
  • the step height is statistically distributed between adjacent end faces. Excellent coherence reduction is also achieved with this.
  • the step height between adjacent end faces is different in two different lateral directions (directions that are, for example, transverse to the beam propagation direction).
  • the step heights are preferably constant in each of the two lateral directions. In this way it can be ensured very easily that at distances between the end faces which are smaller than lateral coherence lengths, the reflected partial bundles of a supplied beam cannot interfere with one another.
  • the bars can be flexible or rigid. If they are flexible, they are preferably connected or held together in such a way that the reflective end faces are fixed in their position and are not movable. Furthermore, the length of the rods is preferably not changeable, so that the position of the reflective end surfaces is also constant in the direction of their surface normal. Glass rods with a circular cross section and a diameter of 100 ⁇ m to 1 mm or glass rods with a square cross section and an edge length of 100 ⁇ m to 2 mm are preferably used as rods.
  • the object is also achieved by a method for producing the coherence reducer with a mirror element, in which a plurality of rods with first end faces are combined to form a bundle for producing the step mirror element and the individual rods are shifted relative to one another in the longitudinal direction of the rods so that their first End faces are offset from one another in the longitudinal direction.
  • the first end faces can be mirrored.
  • the mirroring of the end faces can preferably be carried out after the displacement step. This ensures that no damage to the reflecting layer (which has not yet been applied) can occur during the previous steps.
  • first end faces can be polished (smooth) before the shifting step and the step in which they are combined into a bundle in order to have the first end face as smooth as possible. This makes a very good mirroring possible.
  • the rods are connected to one another after the displacement step in such a way that the position of the first end faces is fixed.
  • This can be done, for example, with common adhesive technologies.
  • multi-component adhesives can be used.
  • the mirroring can be achieved by Al vapor deposition and subsequent application of a protective MgF 2 coating. Evaporation is also possible in such a way that the desired mirror surface is realized by the application of dielectric layers. In this case, of course, a protective coating can also be applied if necessary.
  • rods of different lengths are combined to form a bundle and the rods are then placed with their second end faces (the end faces opposite the first end faces) on a flat surface in the shifting step, the longitudinal direction of the rods preferably being perpendicular to the area. Step heights are thus realized which essentially depend on the different lengths of the bars.
  • the displacement step is carried out in such a way that the steps between the individual first end faces are selected such that the step heights between first end faces, the lateral distance of which is smaller than the lateral coherence length of a beam to be supplied, are greater than half the time Are the coherence length of the beam.
  • the bars have a square cross section, they are preferably combined in the bundling step in such a way that, when viewed in plan view of the first end faces, they form a two-dimensional grid.
  • the rods have a round, preferably circular cross-section
  • the rods can in particular be combined in such a way that, viewed in plan view of the first end faces, a two-dimensional hexagonal Grid is formed. In this way, the densest possible pack shape is realized with such rods, whereby the largest possible mirror surface can be provided.
  • a coherent ray bundle is understood here to mean a ray bundle that has a finite temporal coherence length and that is partially or completely coherent spatially or laterally (ie in the beam cross section).
  • the coherence reducer according to the invention can preferably be provided in a lighting arrangement which has a lighting optic arranged downstream of the coherence reducer, which comprises micro-optics with a multiplicity of optical elements which are arranged in a grid-like manner and one imaging optics arranged downstream of the micro-optics, the step mirror element of the coherence reducer being supplied to a coherent beam impresses different phase shifts depending on the position in the beam cross-section by means of the reflective end faces and emits them as an illuminating beam which strikes the micro-optics and thus emits a beam from each optical element which can be used to illuminate an object field by means of the imaging optics.
  • an illumination arrangement which can be used in particular as microscope illumination, is provided in which the coherence of the supplied beam can be reduced to such an extent that undesired interference phenomena and speckle do not occur in the object field as far as possible.
  • the optical elements of the micro-optics are preferably arranged in a matrix or grid-like manner in one plane. Therefore, the micro-optics can easily be arranged transversely to the direction of propagation of the illuminating beam, so that each optical element is hit by a plane wavefront at the same time.
  • the coherence reducer in the lighting arrangement according to the invention can be designed such that a predetermined phase shift is impressed on the beam for each optical element of the micro-optics.
  • the phase of a wave front of the radiation which strikes all optical elements can be set for each optical element in such a way that the interfering interference effects in the object field are suppressed as completely as possible.
  • the optical elements of the micro-optics are arranged in rows and columns and the step mirror element is designed such that a different phase shift is impressed on the beam supplied for the optical elements of each row and / or each column.
  • the illuminating beam bundle for optical elements in adjacent rows or columns that strikes the optical elements has a phase that changes in a step-like manner so that interference effects of the partial beam emanating from the optical elements arranged in adjacent rows are reduced.
  • An individual (step-shaped or discontinuous) phase shift for each optical element can be achieved, for example, by assigning exactly one reflective end face of the step mirror element to each optical element.
  • the desired phase shift can thus be achieved with only a single step mirror element, so that the lighting arrangement can be made compact.
  • Each reflective end surface of the step mirror element can also be assigned to exactly one optical element, with a plurality of reflective end surfaces being assigned to the same optical element.
  • the plurality of reflective end faces are selected so that even with a certain misalignment of, for example, the step mirror element, only radiation with the desired phase shift hits the individual optical elements and the radiation from misaligned reflective end faces preferably hits dead zones (the radiation striking it is shadowed and elongated, for example does not lead to subsequent condenser optics) between the optical elements. In the event of a misalignment, this ensures that coherent radiation does not strike neighboring optical elements, so that the adjustment is simplified.
  • a first intermediate optics (preferably a 1: 1 imaging optics) can be arranged between the stepped mirror and the micro-optics, which images the stepped mirror element onto the micro-optics.
  • the micro-optics can have all the same optical elements and can be designed, for example, as a microlens or shadow mask array.
  • micro-optics which is also called multi-aperture optics, it is ensured, in particular when using the illumination optics in a microscope, that quasi-continuous illumination is present in the pupil plane.
  • the beam of rays supplied strikes the step mirror element at an angle of incidence which is in the range from 0 ° to 20 °.
  • the step mirror element is preceded by a beam splitter (such as a partially transparent or semi-transparent plate that is 45 ° from the direction of propagation of the beam) is inclined).
  • a beam splitter such as a partially transparent or semi-transparent plate that is 45 ° from the direction of propagation of the beam.
  • the coherence reducer and the lighting arrangement with the coherence reducer can be used wherever a field is to be illuminated as homogeneously as possible. This can be the case, for example, in microscopy, in the case of steppers in semiconductor production or in material processing.
  • lasers such as e.g. Excimer laser can be used.
  • 1 is a schematic view of an embodiment of the lighting arrangement with a coherence reducer
  • Fig. 3 is a plan view of the step mirror element of Fig. 2;
  • FIG. 5 is a perspective view for explaining a manufacturing process of the step mirror element
  • FIG. 6 is a perspective view for explaining a manufacturing process of the step mirror element
  • Fig. 7 is a sectional view of another coherence reducer.
  • the lighting arrangement according to the invention comprises a coherence reducer 1, which has a step mirror or step mirror element 2 and a 4f imaging lens 3 arranged downstream of the step mirror 2, as well as a lighting lens with a microlens array 4 and a condenser lens 5.
  • the step mirror 2 is formed from a multiplicity of rods 6 with a square cross section, the end surfaces 8 of the rods 6 facing the imaging optics 3 being mirrored.
  • the step mirror element is formed from a total of 25 bars
  • the number of rods 6 is selected such that exactly one rod 6 and thus one reflective end surface 8 is provided for each microlens 9 of the microlens array 4.
  • the microlens array 4 thus also has five lenses in the y direction and five lenses in the x direction (only the five microlenses 9 in the x direction are shown in the schematic sectional view of FIG. 1).
  • the microlens array 4 is approximately 3 ⁇ 6 mm in size and the diameter of the microlenses 9 is approximately 150 ⁇ m.
  • the step height H1 between adjacent bars in the x-direction is now selected so that it corresponds to half the time coherence length of a beam 10 supplied. With the radiation from an argon fluoride excimer laser, the temporal coherence length corresponds to approximately 100 ⁇ m, so that a step offset of approximately 50 ⁇ m is selected.
  • the step height H2 in the y direction is chosen so that it is larger. In particular, it is chosen such that the partial beams reflected by the individual reflective end faces 8 are no longer capable of interference, provided that the distance between the corresponding reflective end faces is smaller than the lateral coherence length of the supplied beam 10.
  • a coherent (or also partially coherent) beam 10 strikes the step mirror element 2 and is reflected by it towards the microlens array 4. Due to the steps of the step mirror element 2, there is an inconsistent or discontinuous phase shift in the reflected beam 11.
  • a wave front W of the same phase of the incident beam 10 is shown, which for the reflected beam 11 due to the path differences generated by the step mirror 2 for each from the stages of the step mirror element 2 partial beams S1 to S5 (which form the reflected beam 11) is offset relative to the partial beams S1 to S5 in the direction of propagation. This is shown by the position of the wave fronts W1 to W5 of the same phase in the partial beams S1 to S5.
  • each sub-beam S1 to S5 thus represents five sub-beams (number of reflective end faces in the y direction (perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1)). Since the step height in the x-direction is approximately 50 ⁇ m here, the reflection results in a path difference of approximately 100 ⁇ m for adjacent partial beams in the x-direction, the path difference being somewhat larger due to the oblique incidence of the beam 10. The angle of incidence of the beam 10 on the reflective end faces 8 (based on the surface normal N) is 20 ° here. For partial beams that are adjacent in the y direction, there is of course a larger path difference due to the larger step height H2. The steps of the step mirror 2 are shown greatly enlarged in the figures in order to be able to represent the step-shaped phase shift in the reflected beam 11.
  • the reflected beam 11 thus contains a plurality of cells (in cross section here 25 of the 25 mutually offset reflective end faces) which are incoherent with one another.
  • the 25 partial beams S1 to S5 are therefore no longer capable of interference, even if there is a relatively large lateral or spatial coherence length in the beam 10.
  • the lateral coherence length (coherence length in the beam cross section) can be over 500 ⁇ m. Due to the described generation of cells in the beam 11 which are offset in the direction of propagation, the lateral or spatial coherence is thus reduced or, if possible, almost completely eliminated by using the temporal coherence.
  • the 4f imaging optics comprise a first and a second lens 12, 13, each of which has a focal length f on the object and image side.
  • the distance between the first lens 12 and the step mirror 2 and the distance between the second lens 13 and the microlens array 4 is f and the two lenses 12, 13 are spaced apart by 2f.
  • the 4f imaging optics 3 (in FIG. 1 only the beam path of the partial beam bundle S1 is shown in the 4f imaging optics 3 for better clarity), the microlenses 9 are exposed to the illuminating beam bundle in such a way that each microlens 9 each has the partial beam bundle of a reflective end face 8 is illuminated.
  • a wave front striking the microlens array 4 at a time has reduced coherence, since this wave front is composed of different cells (which are not capable of interference).
  • the beam bundles M1 to M5 emanating from the microlenses 4 are then imaged by means of the condenser optics 5 onto an object field 14 (which is preferably spaced apart from the focal length of the condenser optics 5) in such a way that it is homogeneously illuminated. Due to the phase shifts in the partial beams, it can be achieved that the (here 25) beams M1 to M5 do not interfere with one another, so that no disturbing speckle or disturbing interferences occur. It is Of course, it is also possible to omit the 4f imaging optics 3 and to apply the partial beam bundles S1 to S5 directly to the microlens array.
  • a pupil plane P which lies between the microlens array 4 and the condenser optics 5
  • an adjustable diaphragm (not shown) can also be provided, with which the brightness of the illumination in the object field 14 and the angle spectrum of the the object field rays is adjustable.
  • the pupil plane P lies here preferably in the focal plane of the microlenses 9, so that the distance between the main plane of the microlenses 9 and the pupil plane corresponds to the focal length of the microlenses.
  • the described illumination optics is a so-called diffractive microlens homogenizer.
  • the illumination optics can also be designed as an imaging microlens homogenizer.
  • a further microlens array is to be arranged between the microlens array 4 and the condenser optics 5, which preferably has the same number of microlenses as the microlens array 4, in particular a 1: 1 assignment between the microlenses of the two microlens arrays.
  • the further microlens array can be designed in the same way as the microlens array 4.
  • the oblique incidence of the beam 10 on the step mirror element 2 also results in an enlargement of the beam cross section in the plane of the drawing.
  • This can be used, for example, to convert the approximately rectangular cross section of the radiation from the argon fluoride excimer laser into an approximately square shape.
  • the stepped mirror element 2 can also be used to adapt the beam cross section to the shape of the microlens array 4, if this is desired.
  • beam 11 falls on the step mirror element 2 and is reflected as beam 10
  • the step mirror element 2 can thus be used to change the cross section.
  • the step heights in the x and y directions are preferably selected so that an equal phase shift occurs at the earliest at beam positions whose spacing is greater than the spatial coherence length.
  • the rods 6 are preferably arranged so that, seen in a plan view of the end faces 8, a two-dimensional square grid is formed. This provides a practically continuous mirror surface, seen in plan view. If instead of rods with a square cross-section, rods with a circular cross-section are used, it is preferred that they be arranged in such a way that, seen in a plan view of the reflective end faces, a two-dimensional hexagonal grid is formed, as shown in FIG. 4. This results in a packing that is as dense as possible, so that the largest possible mirror surface can be realized with bars with a circular cross-section.
  • the step mirror element 2 can, for example, be produced in such a way that rods of the same length are combined into a bundle in which they are already packed, as shown in FIG. 3 or 4. This bundle is then placed with the second end surfaces 7 of the rods 6 opposite the end surfaces 8 on an inclined surface 15 of an adjusting device 16, so that, as indicated in FIG. 5, the end surfaces 8 of the rods remote from the surface 15 are offset from one another ,
  • FIG. 5 only five bars in each of the x and y directions are shown schematically in order to simplify the illustration.
  • the slope of the surface in the x and y directions is selected differently, so that the step offset in these directions is also different.
  • a height gradation in the x direction of 75 ⁇ m can be achieved in that the pitch angle ⁇ is 26 °.
  • a height gradation of 350 ⁇ m is then preferably set in the y direction, which corresponds to a pitch angle ⁇ of 66 °.
  • the bundle with the steps thus formed is then fixed (for example by means of suitable adhesives). Then the end faces 8 are mirrored and, if desired, covered with a protective layer.
  • the step mirror element 2 is then completed.
  • the data need only be scaled accordingly if the step mirror element is imaged on the microlens array 4 in a reduced manner.
  • step heights you can choose a purely statistical distribution of the step heights.
  • rods with randomly different lengths are selected, the length difference being greater than half the time coherence length (preferably greater than the time coherence length).
  • These rods are then combined into a bundle (for example as can be seen in FIG. 3 or 4) and then placed on a flat surface 17, as indicated in FIG. 6.
  • This bundle is then fixed again (using suitable connecting or adhesive agents).
  • This is followed by mirroring the end faces 8, so that the step mirror element 2 is completed.
  • FIG. 7 A further embodiment of the lighting arrangement is shown in FIG. 7.
  • the beam 10 strikes the step mirror element 2 perpendicularly.
  • a beam splitter 18 is provided, which is arranged upstream of the step mirror element 2.
  • the beam splitter 18 can be a partially transparent plate that transmits 50% of the incident radiation and reflects the other half. 7 shows only the beam path for the radiation that can be used to illuminate the object field 14. Furthermore, the same elements as in the embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the desired phase shift is also produced in this embodiment, shading effects on the step mirror element practically being eliminated due to the vertical incidence of radiation.
  • the coherence reducer shown in FIG. 7 can be used in the lighting arrangement of FIG. 1.

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Abstract

The invention relates to a coherency reducer having a stepped mirror element (2). Said stepped mirror element (2) has a number of bars (6), which are arranged essentially parallel to one another and which have reflective end faces (8), and the reflective end faces (8), in the longitudinal direction of the bars (6), are offset relative to one another.

Description

KOHÄRENZMINDERER MIT STUFENSPIEGEL UND HERSTELLUNGSVERFAHREN EINES KOHÄRENZMINDERERS COHERENCE REDUCER WITH LEVEL MIRROR AND METHOD FOR PRODUCING A COHERENCE REDUCER
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kohärenzminderer mit einem Spiegelelement sowie auf ein Herstellungsverfahren eines solchen Kohärenzminderers.The invention relates to a coherence reducer with a mirror element and to a manufacturing method of such a coherence reducer.
Ein solcher Kohärenzminderer ist beispielsweise aus der WO 03/029875 A2 bekannt. Hier werden jedoch als Kohärenzminderer zwei treppenförmige Stufenspiegel verwendet, die zueinander verdreht sind und aufeinander abgebildet werden müssen. Dies ist relativ aufwendig. Ferner wird in der WO 03/029875 noch beschrieben, daß die Spiegelelemente mittels Mikrostrukturierungstechniken, wie sie z.B. in der Halbleiterfertigung verwendet werden, hergestellt und, falls nötig verspiegelt werden können. Auch dies ist eine relative aufwendige Art der Herstellung von StufenspiegeSuch a coherence reducer is known for example from WO 03/029875 A2. Here, however, two step-shaped step mirrors are used as coherence reducers, which are rotated relative to one another and must be mapped onto one another. This is relatively expensive. Furthermore, it is described in WO 03/029875 that the mirror elements by means of microstructuring techniques, such as those e.g. can be used in semiconductor manufacturing, manufactured and, if necessary, mirrored. This is also a relatively complex way of producing step mirrors
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kohärenzminderer zur Verfügung zu stellen, der möglichst einfach und damit auch kostengünstig hergestellt werden kann. Ferner soll auch noch ein entsprechendes Herstellungsverfahren bereitgestellt werden.Proceeding from this, it is an object of the invention to provide a coherence reducer which can be manufactured as simply as possible and thus also inexpensively. A corresponding manufacturing method is also to be provided.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Kohärenzminderer mit einem Stufenspiegelelement gelöst, bei dem das Stufenspiegelelement eine Mehrzahl von im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Stäben mit reflektiven Endflächen umfaßt, wobei die reflektiven Endflächen in Längsrichtung der Stäbe zueinander versetzt angeordnet sind.According to the invention, the object is achieved by a coherence reducer with a step mirror element, in which the step mirror element comprises a plurality of rods with reflective end faces arranged essentially parallel to one another, the reflective end faces being offset with respect to one another in the longitudinal direction of the rods.
Als Stäbe können beispielsweise Glasfasern (mit einem runden Querschnitt) und Glasstäbe (mit einem quadratischen Querschnitt) verwendet werden. Solche Stäbe sind kostengünstige gängige optische Bauelemente, so daß der Kohärenzminderer (ohne komplizierte Mikrostrukturierungstechniken) einfach mittels solcher Stäbe herstellbar ist. Bevorzugt ist es, daß alle reflektiven Endflächen zueinander parallel sind. Dadurch wird erreicht, daß, in Draufsicht auf die reflektiven Endflächen gesehen, eine ebene Spiegelfläche bereitgestellt wird, so daß das Stufenspiegelelement im wesentlichen als ebener Spiegel wirkt (mit Ausnahme der durch die Versetzung der Endflächen in Längsrichtung erzeugten Phasenverschiebungen).For example, glass fibers (with a round cross section) and glass rods (with a square cross section) can be used as rods. Such rods are inexpensive, common optical components, so that the coherence reducer (without complicated microstructuring techniques) can be produced simply by means of such rods. It is preferred that all reflective end faces are parallel to one another. It is thereby achieved that, seen in plan view of the reflective end surfaces, a flat mirror surface is provided, so that the step mirror element essentially acts as a flat mirror (with the exception of the phase shifts generated by the displacement of the end surfaces in the longitudinal direction).
Besonderst bevorzugt ist es, wenn bei dem Stufenspiegelelement die durch die zueinander versetzten reflektiven Endflächen gebildeten Stufen so gewählt sind, daß die Stufenhöhen zwischen Endflächen, deren lateraler Abstand kleiner als die laterale Kohärenzlänge eines zugeführten kohärenten Strahlenbündels ist, größer als die halbe zeitliche Kohärenzlänge des zugeführten Strahlenbündels sind. Dies läßt sich besonders gut bei kohärenten Strahlenbündel realisieren, deren zeitlich Kohärenzlänge (Kohärenzlänge in Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels) relativ gering ist. Dies trifft beispielsweise auf Multimode-Laser (z.B. Excimer- Laser) zu. So gibt beispielsweise ein Argon-Fluorid-Excimer-Laser ein Strahlenbündel mit einer Wellenlänge von etwa 193 nm und einer zeitlichen Kohärenzlänge von ca. 100 μm ab.It is particularly preferred if, in the step mirror element, the steps formed by the mutually offset reflective end faces are selected such that the step heights between end faces, the lateral distance of which is smaller than the lateral coherence length of a coherent beam supplied, are greater than half the time coherence length of the supplied Are rays. This can be implemented particularly well in the case of coherent bundles of rays whose temporal coherence length (coherence length in the direction of propagation of the bundle of rays) is relatively short. This applies, for example, to multimode lasers (e.g. excimer lasers). For example, an argon fluoride excimer laser emits a bundle of rays with a wavelength of approximately 193 nm and a temporal coherence length of approximately 100 μm.
Unter der zeitlichen Kohärenzlänge wird ein Minimum (bevorzugt das erste Minimum) der zeitlichen Kohärenzfunktion verstanden. Somit ist der Interferenzkontrast bei Überlagerung von zwei Strahlenbündeln, die eine Phasenverschiebung um die zeitliche Kohärenzlänge aufweisen, minimal. Durch die angegebene Wahl des Versatzes der reflektiven Endflächen wird sicher gestellt, daß der Gangunterschied für zwei von benachbarten reflektiven Endflächen reflektierte Teilstrahlenbündel zumindest der zeitlichen Kohärenzlänge entspricht.The temporal coherence length is understood to mean a minimum (preferably the first minimum) of the temporal coherence function. The interference contrast is thus minimal when two beams are superimposed, which have a phase shift by the time coherence length. The specified choice of the offset of the reflective end faces ensures that the path difference for two partial beam bundles reflected by adjacent reflective end faces corresponds at least to the temporal coherence length.
Ferner können die Stäbe einen quadratischen Querschnitt aufweisen, so daß auch die Endflächen quadratisch sind und, in Draufsicht auf die Endflächen gesehen, ein zweidimensionales quadratisches Gitter bilden. Damit wird praktisch, in Draufsicht auf die Endflächen gesehen, eine durchgehende Spiegelfläche bereitgestellt.Furthermore, the rods can have a square cross-section, so that the end faces are also square and form a two-dimensional square grid when viewed in a top view of the end faces. In practical terms, a continuous mirror surface is provided when viewed in plan view of the end surfaces.
Alternativ können die Stäbe und damit die Endflächen auch einen runden (insbesondere einen kreisrunden) Querschnitt aufweisen und so angeordnet werden, daß sie, in Draufsicht auf die Endflächen gesehen, ein zweidimensionales hexagonales Gitter bilden. Damit kann eine äußerst dicht gepackte Anordnung und damit eine äußerst große Spiegelfläche bereitgestellt werden.Alternatively, the rods and thus the end faces can also have a round (in particular a circular) cross section and be arranged such that they form a two-dimensional hexagonal lattice when viewed in a top view of the end faces. An extremely densely packed arrangement and thus an extremely large mirror surface can thus be provided.
Ferner ist es möglich, daß die Stufenhöhe zwischen benachbarten Endflächen statistisch verteilt ist. Auch damit wird eine ausgezeichnete Kohärenzminderung erreicht. In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Stufenhöhe zwischen benachbarten Endflächen in zwei unterschiedlichen lateralen Richtungen (Richtungen, die z.B. quer zur Strahlausbreitungsrichtung sind) jeweils verschieden. Bevorzugt sind die Stufenhöhen in den zwei lateralen Richtungen jeweils konstant. Auf diese Weise kann sehr einfach sichergestellt werden, daß in Abständen zwischen den Endflächen, die kleiner sind als laterale Kohärenzlängen, die reflektierten Teilbündel eines zugeführten Strahlenbündels miteinander nicht interferieren können.It is also possible that the step height is statistically distributed between adjacent end faces. Excellent coherence reduction is also achieved with this. In a preferred development, the step height between adjacent end faces is different in two different lateral directions (directions that are, for example, transverse to the beam propagation direction). The step heights are preferably constant in each of the two lateral directions. In this way it can be ensured very easily that at distances between the end faces which are smaller than lateral coherence lengths, the reflected partial bundles of a supplied beam cannot interfere with one another.
Die Stäbe können flexibel oder starr sein. Wenn sie flexibel sind, sind sie bevorzugt so miteinander verbunden oder gehaltert, daß die reflektiven Endflächen in ihrer Position fixiert und nicht beweglich sind. Ferner sind die Stäbe bevorzugt in ihrer Länge nicht veränderbar, so daß die Position der reflektiven Endflächen auch in Richtung ihrer Flächennormalen konstant ist. Es werden als Stäbe bevorzugt Glasfasern mit einem kreisrunden Querschnitt und einem Durchmesser von 100 μm bis 1 mm oder Glasstäbe mit quadratischem Querschnitt und einer Kantenlänge von 100 μm bis 2 mm verwendet.The bars can be flexible or rigid. If they are flexible, they are preferably connected or held together in such a way that the reflective end faces are fixed in their position and are not movable. Furthermore, the length of the rods is preferably not changeable, so that the position of the reflective end surfaces is also constant in the direction of their surface normal. Glass rods with a circular cross section and a diameter of 100 μm to 1 mm or glass rods with a square cross section and an edge length of 100 μm to 2 mm are preferably used as rods.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung des Kohärenzminderers mit einem Spiegelelement, bei dem zur Herstellung des Stufenspiegelelements eine Mehrzahl von Stäben mit ersten Endflächen zu einem Bündel zusammengefaßt werden und die einzelnen Stäbe zueinander in Längsrichtung der Stäbe so verschoben werden, daß ihre ersten Endflächen in Längsrichtung zueinander versetzt sind. Damit wird ein sehr einfaches Verfahren bereitgestellt, mit dem der erfindungsgemäße Kohärenzminderer schnell und kostengünstig herstellbar ist.The object is also achieved by a method for producing the coherence reducer with a mirror element, in which a plurality of rods with first end faces are combined to form a bundle for producing the step mirror element and the individual rods are shifted relative to one another in the longitudinal direction of the rods so that their first End faces are offset from one another in the longitudinal direction. This provides a very simple method with which the coherence reducer according to the invention can be produced quickly and inexpensively.
Insbesondere können die ersten Endflächen verspiegelt werden. Bevorzugt kann die Verspiegelung der Endflächen nach dem Verschiebungsschritt durchgeführt werden. Dadurch wird erreicht, daß während der vorherigen Schritte keine Beschädigung an der Verspiegelungsschicht (die noch nicht aufgebracht ist) auftreten können.In particular, the first end faces can be mirrored. The mirroring of the end faces can preferably be carried out after the displacement step. This ensures that no damage to the reflecting layer (which has not yet been applied) can occur during the previous steps.
Ferner können die ersten Endflächen vor dem Verschiebungsschritt und dem Schritt, in dem sie zu einem Bündel zusammengefaßt werden, (glatt) poliert werden, um eine möglichst glatte erste Endfläche aufzuweisen. Damit wird dann eine sehr gute Verspiegelung möglich.Furthermore, the first end faces can be polished (smooth) before the shifting step and the step in which they are combined into a bundle in order to have the first end face as smooth as possible. This makes a very good mirroring possible.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Stäbe nach dem Verschiebungsschritt so miteinander verbunden werden, daß die Lage der ersten Endflächen fixiert ist. Dies kann man beispielsweise mit gängigen Klebetechnologien durchführen. So können beispielsweise Mehrkomponenten-Klebstoffe eingesetzt werden. Die Verspiegelung kann durch eine AI-Bedampfung und einem darauf folgenden Aufbringen einer MgF2-Schutzbeschichtung realisiert werden. Auch ist eine Bedampfung derart möglich, daß durch das Aufbringen von dielektrischen Schichten die gewünschte Spiegelfläche realisiert wird. In diesem Fall kann natürlich ebenfalls eine Schutzbeschichtung, wenn nötig, aufgebracht werden.It is particularly advantageous if the rods are connected to one another after the displacement step in such a way that the position of the first end faces is fixed. This can be done, for example, with common adhesive technologies. For example, multi-component adhesives can be used. The mirroring can be achieved by Al vapor deposition and subsequent application of a protective MgF 2 coating. Evaporation is also possible in such a way that the desired mirror surface is realized by the application of dielectric layers. In this case, of course, a protective coating can also be applied if necessary.
Besonders bevorzugt ist es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unterschiedlich lange Stäbe zu einem Bündel zusammengefaßt werden und die Stäbe dann im Verschiebυngsschritt mit ihren zweiten Endflächen (die den ersten Endflächen entgegengesetzten Endflächen) auf eine ebene Fläche aufgesetzt werden, wobei die Längsrichtung der Stäbe bevorzugt senkrecht zur Fläche ist. Damit werden Stufenhöhen realisiert, die im wesentlichen von den unterschiedlichen Längen der Stäbe abhängen.It is particularly preferred if, in the method according to the invention, rods of different lengths are combined to form a bundle and the rods are then placed with their second end faces (the end faces opposite the first end faces) on a flat surface in the shifting step, the longitudinal direction of the rods preferably being perpendicular to the area. Step heights are thus realized which essentially depend on the different lengths of the bars.
Alternativ ist es möglich, daß man gleich lange Stäbe verwendet und diese mit ihren zweiten Endflächen auf eine ebene Fläche so aufsetzt, daß die Längsrichtung der Stäbe nicht senkrecht zur Fläche ist. Damit wird durch die Neigung der Fläche der Stufenversatz vorgegeben. Insbesondere wird eine Fläche vorgesehen, die in zwei unterschiedlichen Richtungen senkrecht zur Längsrichtung der Stäbe eine unterschiedliche Neigung aufweist. Damit wird dann erreicht, daß die Verschiebung in diesen beiden Richtungen auch unterschiedlich ist, so daß in zwei unterschiedlichen lateralen Richtungen unterschiedlich große Stufenhöhen dem Stufenspiegelelement eingeprägt werden.Alternatively, it is possible to use rods of the same length and to place them with their second end faces on a flat surface so that the longitudinal direction of the rods is not perpendicular to the surface. The step offset is thus given by the inclination of the surface. In particular, a surface is provided which has a different inclination in two different directions perpendicular to the longitudinal direction of the bars. This then ensures that the displacement in these two directions is also different, so that step heights of different sizes are impressed on the step mirror element in two different lateral directions.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der Verschiebungsschritt so ausgeführt wird, daß die Stufen zwischen den einzelnen ersten Endflächen so gewählt sind, daß die Stufenhöhen zwischen ersten Endflächen, deren lateralen Abstand kleiner als die laterale Kohärenzlänge ist eines zuzuführenden Strahlenbündels ist, größer als die halbe zeitliche Kohärenzlänge des Strahlenbündels sind.It is particularly preferred if the displacement step is carried out in such a way that the steps between the individual first end faces are selected such that the step heights between first end faces, the lateral distance of which is smaller than the lateral coherence length of a beam to be supplied, are greater than half the time Are the coherence length of the beam.
Wenn die Stäbe einen quadratischen Querschnitt aufweisen, werden sie in dem Bündelungsschritt bevorzugt so zusammengefaßt, daß sie, in Draufsicht auf die ersten Endflächen gesehen, ein zweidimensionales Gitter bilden.If the bars have a square cross section, they are preferably combined in the bundling step in such a way that, when viewed in plan view of the first end faces, they form a two-dimensional grid.
Damit kann eine, in Draufsicht auf die ersten Endflächen gesehen, praktisch durchgehende Spiegelfläche realisiert erden.In this way, a practically continuous mirror surface can be realized, as seen in a top view of the first end surfaces.
Alternativ können in dem Bündelungsschritt, wenn die Stäbe einen runden, bevorzugt kreisrunden Querschnitt aufweisen, die Stäbe insbesondere derart zusammengefaßt werden, daß, in Draufsicht auf die ersten Endflächen gesehen, ein zweidimensionales hexagonales Gitter gebildet wird. Damit wird die dichtest mögliche Packungsform bei solchen Stäben realisiert, wodurch eine möglichst große Spiegelfläche bereitgestellt werden kann.Alternatively, in the bundling step, if the rods have a round, preferably circular cross-section, the rods can in particular be combined in such a way that, viewed in plan view of the first end faces, a two-dimensional hexagonal Grid is formed. In this way, the densest possible pack shape is realized with such rods, whereby the largest possible mirror surface can be provided.
Unter einem kohärenten Strahlenbündel wird hier ein Strahlenbündel verstanden, das eine endliche zeitliche Kohärenzlänge aufweist und das räumlich bzw. lateral (also im Strahlquerschnitt) teilweise oder vollkommen kohärent ist.A coherent ray bundle is understood here to mean a ray bundle that has a finite temporal coherence length and that is partially or completely coherent spatially or laterally (ie in the beam cross section).
Bevorzugt kann der erfindungsgemäße Kohärenzminderer bei einer Beleuchtungsanordnung vorgesehen werden, die eine dem Kohärenzminderer nachgeordnete Beleuchtungsoptik aufweist, die eine Mikrooptik mit einer Vielzahl von Optikelementen, die rasterartig angeordnet sind, und eine der Mikrooptik nachgeordnete Abbildungsoptik umfaßt, wobei das Stufenspiegelelement des Kohärenzminderers einem zugeführten kohärenten Strahlenbündel mittels der reflektiven Endflächen unterschiedliche Phasenverschiebungen in Abhängigkeit von der Position im Strahlquerschnitt einprägt und als Beleuchtungsstrahlenbündel abgibt, das auf die Mikrooptik trifft und dadurch von jedem Optikelement ein Strahl ausgeht, der mittels der Abbildungsoptik zur Beleuchtung eines Objektfeldes eingesetzt werden kann. Somit wird eine Beleuchtungsanordnung, die insbesondere als Mikroskopbeleuchtung verwendbar ist, zur Verfügung gestellt, bei der die Kohärenz des zugeführten Strahlenbündels soweit verringert werden kann, daß unerwünschte Interferenzerscheinungen und Speckle im Objektfeld möglichst nicht auftreten.The coherence reducer according to the invention can preferably be provided in a lighting arrangement which has a lighting optic arranged downstream of the coherence reducer, which comprises micro-optics with a multiplicity of optical elements which are arranged in a grid-like manner and one imaging optics arranged downstream of the micro-optics, the step mirror element of the coherence reducer being supplied to a coherent beam impresses different phase shifts depending on the position in the beam cross-section by means of the reflective end faces and emits them as an illuminating beam which strikes the micro-optics and thus emits a beam from each optical element which can be used to illuminate an object field by means of the imaging optics. Thus, an illumination arrangement, which can be used in particular as microscope illumination, is provided in which the coherence of the supplied beam can be reduced to such an extent that undesired interference phenomena and speckle do not occur in the object field as far as possible.
Die Optikelemente der Mikrooptik sind bevorzugt matrix- bzw. rasterartig in einer Ebene angeordnet. Daher kann die Mikrooptik leicht quer zur Ausbreitungsrichtung des Beleuchtungsstrahlenbündels angeordnet werden, so daß jedes Optikelement gleichzeitig von eine ebenen Wellenfront getroffen wird.The optical elements of the micro-optics are preferably arranged in a matrix or grid-like manner in one plane. Therefore, the micro-optics can easily be arranged transversely to the direction of propagation of the illuminating beam, so that each optical element is hit by a plane wavefront at the same time.
Ferner kann der Kohärenzminderer bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung so ausgebildet sein, daß dem Strahlenbündel für jedes Optikelement der Mikrooptik eine vorbestimmte Phasenverschiebung aufgeprägt wird. Dadurch kann man für jedes Optikelement die Phase einer auf alle Optikelemente treffenden Wellenfront der Strahlung so einstellen, daß die störenden Interferenzeffekte im Objektfeld möglichst vollständig unterdrückt werden.Furthermore, the coherence reducer in the lighting arrangement according to the invention can be designed such that a predetermined phase shift is impressed on the beam for each optical element of the micro-optics. As a result, the phase of a wave front of the radiation which strikes all optical elements can be set for each optical element in such a way that the interfering interference effects in the object field are suppressed as completely as possible.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung sind die Optikelemente der Mikrooptik in Zeilen und Spalten angeordnet und ist das Stufenspiegelelement so ausgebildet, daß dem zugeführten Strahlenbündel für die Optikelemente jeder Zeile und/oder jeder Spalte eine andere Phasenverschiebung aufgeprägt wird. Dadurch weist das auf die Optikelemente treffende Beleuchtungsstrahlenbündel für Optikelemente in benachbarten Zeilen bzw. Spalten eine sprungförmig unterschiedliche Phase auf, so daß Interferenzeffekte des von den in benachbarten Zeilen angeordneten Optikelementen ausgehenden Teilstrahlenbündels vermindert sind.In a preferred embodiment of the lighting arrangement according to the invention, the optical elements of the micro-optics are arranged in rows and columns and the step mirror element is designed such that a different phase shift is impressed on the beam supplied for the optical elements of each row and / or each column. As a result, the illuminating beam bundle for optical elements in adjacent rows or columns that strikes the optical elements has a phase that changes in a step-like manner so that interference effects of the partial beam emanating from the optical elements arranged in adjacent rows are reduced.
Eine individuelle (sprungförmige bzw. diskontinuierliche) Phasenverschiebung für jedes Optikelement kann man beispielsweise dadurch verwirklichen, daß jedem Optikeiement genau eine reflektive Endfläche des Stufenspiegeleiements zugeordnet ist. Damit kann die gewünschte Phasenverschiebung mit nur einem einzigen Stufenspiegelelement erreicht werden, so daß die Beleuchtungsanordnung kompakt ausgebildet werden kann.An individual (step-shaped or discontinuous) phase shift for each optical element can be achieved, for example, by assigning exactly one reflective end face of the step mirror element to each optical element. The desired phase shift can thus be achieved with only a single step mirror element, so that the lighting arrangement can be made compact.
Auch kann jede reflektive Endfläche des Stufenspiegeleiements genau einem Optikelement zugeordnet sein, wobei mehrere reflektive Endflächen demselben Optikelement zugeordnet sind. Die mehreren reflektiven Endflächen sind dabei so gewählt, daß selbst bei einer gewissen Dejustierung von beispielsweise dem Stufenspiegelelement nur Strahlung mit der gewünschten Phasenverschiebung auf dje einzelnen Optikelemente trifft und die Strahlung von dejustierten reflektiven Endflächen bevorzugt auf Totzonen (die darauf treffende Strahlung wird abgeschattet und gelängt beispielsweise nicht zu einer nachfolgenden Kondensoroptik) zwischen den Optikelementen trifft. Dadurch wird bei einer Dejustierung sichergestellt, daß kohärente Strahlung möglichst nicht auf benachbarte Optikelemente trifft, so daß die Justierung vereinfacht ist.Each reflective end surface of the step mirror element can also be assigned to exactly one optical element, with a plurality of reflective end surfaces being assigned to the same optical element. The plurality of reflective end faces are selected so that even with a certain misalignment of, for example, the step mirror element, only radiation with the desired phase shift hits the individual optical elements and the radiation from misaligned reflective end faces preferably hits dead zones (the radiation striking it is shadowed and elongated, for example does not lead to subsequent condenser optics) between the optical elements. In the event of a misalignment, this ensures that coherent radiation does not strike neighboring optical elements, so that the adjustment is simplified.
Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung zwischen dem Stufenspiegel und der Mikrooptik eine erste Zwischenoptik (bevorzugt eine 1:1 - Abbildungsoptik) angeordnet sein, die das Stufenspiegelelement auf die Mikrooptik abbildet. Dadurch wird vorteilhaft eine Mischung von den von einzelnen reflektiven Endflächen ausgehenden Teilstrahlenbündeln aufgrund der vorhandenen Divergenz des auf das Stufenspiegelelement einfallenden Strahlenbündels verhindert, so daß sichergestellt ist, daß die einzelnen Optikelemente mit Teilstrahlenbündeln beaufschlagt werden, die die gewünschte Phasenverschiebung aufweisen.Furthermore, in the lighting arrangement according to the invention, a first intermediate optics (preferably a 1: 1 imaging optics) can be arranged between the stepped mirror and the micro-optics, which images the stepped mirror element onto the micro-optics. This advantageously prevents a mixture of the partial beam bundles emanating from individual reflective end surfaces due to the existing divergence of the beam bundle incident on the step mirror element, so that it is ensured that the individual optical elements are subjected to partial beam bundles which have the desired phase shift.
Insbesondere kann die Mikrooptik lauter gleiche Optikelemente aufweisen und beispielsweise als Mikrolinsen- oder Lochmäskenarray ausgebildet sein. Bei einer solchen Mikrooptik, die auch Multiaperturoptik genannt wird, wird insbesondere bei der Verwendung der Beleuchtungsoptik in einem Mikroskop gewährleistet, daß in der Pupillenebene eine quasikontinuierliche Ausleuchtung vorliegt.In particular, the micro-optics can have all the same optical elements and can be designed, for example, as a microlens or shadow mask array. With such micro-optics, which is also called multi-aperture optics, it is ensured, in particular when using the illumination optics in a microscope, that quasi-continuous illumination is present in the pupil plane.
Es ist bevorzugt, daß das zugeführte Strahlenbündel unter einem Einfallswinkel, der im Bereich von 0° bis 20° liegt, auf das Stufenspiegelelement trifft. Bei einem Einfallswinkel von 0° ist dem Stufenspiegelelement ein Strahlteiler vorgeordnet (wie z.B. eine teiltransparente oder auch semitransparente Platte, die um 45° gegenüber der Ausbreitungsrichtung des Strahlenbündels geneigt ist). Damit werden vorteilhaft der Strahlenquerschnitt bei der Reflexion am Stufenspiegelelement nicht oder nur sehr gering geändert und Abschattungseffekte so gut wie vollständig unterdrückt.It is preferred that the beam of rays supplied strikes the step mirror element at an angle of incidence which is in the range from 0 ° to 20 °. At an angle of incidence of 0 °, the step mirror element is preceded by a beam splitter (such as a partially transparent or semi-transparent plate that is 45 ° from the direction of propagation of the beam) is inclined). This advantageously means that the beam cross-section is not changed or is changed only very slightly during reflection on the step mirror element, and shadowing effects are almost completely suppressed.
Der Kohärenzminderer und die Beleuchtungsanordnung mit dem Kohärenzminderer können überall dort eingesetzt werden, wo ein Feld möglichst homogen ausgeleuchtet werden soll. Dies kann beispielsweise in der Mikroskopie, bei Steppem in der Halbleiterfertigung oder auch bei der Materialbearbeitung der Fall sein.The coherence reducer and the lighting arrangement with the coherence reducer can be used wherever a field is to be illuminated as homogeneously as possible. This can be the case, for example, in microscopy, in the case of steppers in semiconductor production or in material processing.
Als Strahlungsquelle, die die kohärente oder partiell kohärente Strahlung abgibt, können Laser, wie z.B. Excimerlaser, verwendet werden.As a radiation source which emits the coherent or partially coherent radiation, lasers such as e.g. Excimer laser can be used.
Die Erfindung wird nachfolgend beispϊelshalber anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below on the basis of the drawings. Show it:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Beleuchtungsanordnung mit einem Kohärenzminderer,1 is a schematic view of an embodiment of the lighting arrangement with a coherence reducer,
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Stufenspiegeleiements des Kohärenzminderers;2 shows a perspective illustration of the step mirror element of the coherence reducer;
Fig. 3 eine Draufsicht auf das Stufenspiegelelement von Fig. 2;Fig. 3 is a plan view of the step mirror element of Fig. 2;
Fig. 4 eine Draufsicht auf ein weiteres Stufenspiegelelement;4 shows a plan view of a further step mirror element;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens des Stufenspiegeleiements;5 is a perspective view for explaining a manufacturing process of the step mirror element;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht zum Erläutern eines Herstellungsverfahrens des Stufenspiegeleiements, und6 is a perspective view for explaining a manufacturing process of the step mirror element, and
Fig. 7 eine Schnittdarstellung eines weiteren Kohärenzminderers.Fig. 7 is a sectional view of another coherence reducer.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung einen Kohärenzminderer 1 , der einen Stufenspiegel bzw. Stufenspiegelelement 2 und eine dem Stufenspiegel 2 nachgeordnete 4f-Abbildungsoptik 3 aufweist, sowie eine Beleuchtungsoptik mit einem Mikrolinsenarray 4 und einer Kondensoroptik 5. Der Stufenspiegel 2 ist aus einer Vielzahl von Stäben 6 mit quadratischem Querschnitt gebildet, wobei die der Abbildungsoptik 3 zugewandten Endflächen 8 der Stäbe 6 verspiegelt sind.As can be seen from FIG. 1, the lighting arrangement according to the invention comprises a coherence reducer 1, which has a step mirror or step mirror element 2 and a 4f imaging lens 3 arranged downstream of the step mirror 2, as well as a lighting lens with a microlens array 4 and a condenser lens 5. The step mirror 2 is formed from a multiplicity of rods 6 with a square cross section, the end surfaces 8 of the rods 6 facing the imaging optics 3 being mirrored.
Wie aus Figuren 2 und 3 ersichtlich sind, sind bei dem hier beschriebenen Beispiel in einer ersten Richtung (x-Richtung) fünf Stäbe und in einer zweiten Richtung (y-Richtung) fünf Stäbe angeordnet, so daß das Stufenspiegelelement insgesamt aus 25 Stäben gebildet ist. Die Anzahl der Stäbe 6 ist dabei so gewählt, daß für jede Mikrolinsen 9 des Mikrolinsenarrays 4 genau ein Stab 6 und somit eine reflektive Endfläche 8 vorgesehen ist. Das Mikrolinsenarray 4 weist somit auch in der y-Richtung fünf Linsen und in der x-Richtung fünf Linsen auf (in der schematischen Schnittansicht von Fig. 1 sind nur die fünf Mikrolinsen 9 in x-Richtung dargestellt).As can be seen from FIGS. 2 and 3, in the example described here, five bars are arranged in a first direction (x direction) and five bars in a second direction (y direction), so that the step mirror element is formed from a total of 25 bars , The number of rods 6 is selected such that exactly one rod 6 and thus one reflective end surface 8 is provided for each microlens 9 of the microlens array 4. The microlens array 4 thus also has five lenses in the y direction and five lenses in the x direction (only the five microlenses 9 in the x direction are shown in the schematic sectional view of FIG. 1).
Tatsächlich ist das Mikrolinsenarray 4 bei der beschriebenen Ausführungsform ca. 3 x 6 mm groß und der Durchmesser der Mikrolinsen 9 beträgt ca. 150 μm. Die Stufenhöhe H1 zwischen benachbarten Stäben in der x-Richtung ist nun so gewählt, daß sie der halben zeitlichen Kohärenzlänge eines zugeführten Strahlenbündels 10 entspricht. Bei der Strahlung eines Argon-Fluorid-Excimer-Lasers entspricht die zeitliche Kohärenzlänge etwa 100 μm, so daß ein Stufenversatz von etwa 50 μm gewählt ist. Die Stufenhöhe H2 in der y-Richtung ist hingegen so gewählt, daß sie größer ist. Insbesondere wird sie so gewählt, daß die von den einzelnen reflektiven Endflächen 8 reflektierten Teilstrahlenbündel nicht mehr interferenzfähig sind, sofern der Abstand der entsprechenden reflektiven Endflächen kleiner ist als die laterale Kohärenzlänge des zugeführten Strahlenbündels 10.In fact, in the described embodiment, the microlens array 4 is approximately 3 × 6 mm in size and the diameter of the microlenses 9 is approximately 150 μm. The step height H1 between adjacent bars in the x-direction is now selected so that it corresponds to half the time coherence length of a beam 10 supplied. With the radiation from an argon fluoride excimer laser, the temporal coherence length corresponds to approximately 100 μm, so that a step offset of approximately 50 μm is selected. The step height H2 in the y direction, however, is chosen so that it is larger. In particular, it is chosen such that the partial beams reflected by the individual reflective end faces 8 are no longer capable of interference, provided that the distance between the corresponding reflective end faces is smaller than the lateral coherence length of the supplied beam 10.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, trifft ein kohärentes (oder auch teilkohärentes) Strahlenbündel 10 auf das Stufespiegelelement 2 und wird von diesem zum Mikrolinsenarray 4 hinreflektiert. Aufgrund der Stufen des Stufenspiegeleiements 2 kommt es zu einer unstetigen bzw. diskontinuierlichen Phasenverschiebung im reflektierten Strahlenbündel 11. In Fig. 1 ist eine Wellenfront W gleicher Phase des einfallenden Strahlenbündels 10 eingezeichnet, die beim reflektierten Strahlenbündel 11 aufgrund der durch die Stufenspiegel 2 erzeugten Gangunterschiede für jedes von den Stufen des Stufenspiegeleiements 2 ausgehenden Teilstrahlenbündels S1 bis S5 (die das reflektierte Strahlenbündel 11 bilden) relativ zu den Teilstrahlenbündel S1 bis S5 in Ausbreitungsrichtung versetzt ist. Dies ist durch die eingezeichnete Lage der Wellenfronten W1 bis W5 gleicher Phase in den Teilstrahlenbündeln S1 bis S5 dargestellt. In Fig. 1 sind nur die fünf Teilstrahlenbündel S1 bis S5 in der Schnittdarstellung von Fig. 1 dargestellt. Somit repräsentiert jedes Teilstrahlenbündel S1 bis S5 fünf Teilstrahlenbündel (Anzahl der reflektiven Endflächen in y-Richtung (senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 1)). Da die Stufenhöhe in x-Richtung hier ca. 50 μm ist, ergibt sich bei der Reflexion damit für in x- Richtung benachbarte Teilstrahlenbündel einen Gangunterschied von etwa 100 μm, wobei der Gangunterschied aufgrund des schrägen Einfalls des Strahlenbündels 10 etwas größer ist. Der Einfallswinkel des Strahlenbündels 10 auf die reflektiven Endflächen 8 (bezogen auf die Flächennormalen N) beträgt hier 20°. Für in y-Richtung benachbarte Teilstrahlenbündel ergibt sich natürlich ein größerer Gangunterschied aufgrund der größeren Stufenhöhe H2. Die Stufen des Stufenspiegels 2 sind in den Figuren stark vergrößert dargestellt, um den stufenförmigen Phasenversatz im reflektierten Strahlenbündel 11 darstellen zu können.As can be seen from FIG. 1, a coherent (or also partially coherent) beam 10 strikes the step mirror element 2 and is reflected by it towards the microlens array 4. Due to the steps of the step mirror element 2, there is an inconsistent or discontinuous phase shift in the reflected beam 11. In FIG. 1, a wave front W of the same phase of the incident beam 10 is shown, which for the reflected beam 11 due to the path differences generated by the step mirror 2 for each from the stages of the step mirror element 2 partial beams S1 to S5 (which form the reflected beam 11) is offset relative to the partial beams S1 to S5 in the direction of propagation. This is shown by the position of the wave fronts W1 to W5 of the same phase in the partial beams S1 to S5. In Fig. 1, only the five partial beams S1 to S5 are shown in the sectional view of Fig. 1. Each sub-beam S1 to S5 thus represents five sub-beams (number of reflective end faces in the y direction (perpendicular to the plane of the drawing in FIG. 1)). Since the step height in the x-direction is approximately 50 μm here, the reflection results in a path difference of approximately 100 μm for adjacent partial beams in the x-direction, the path difference being somewhat larger due to the oblique incidence of the beam 10. The angle of incidence of the beam 10 on the reflective end faces 8 (based on the surface normal N) is 20 ° here. For partial beams that are adjacent in the y direction, there is of course a larger path difference due to the larger step height H2. The steps of the step mirror 2 are shown greatly enlarged in the figures in order to be able to represent the step-shaped phase shift in the reflected beam 11.
Durch die Reflexion am Stufenspiegel 2 enthält das reflektierte Strahlenbündel 11 somit mehrere Zellen (im Strahlenquerschnitf hier 25 von den 25 zueinander versetzten reflektiven Endflächen), die zueinander inkohärent sind. Die 25 Teilstrahlenbündel S1 bis S5 sind daher nicht mehr interferenzfähig, auch wenn eine relativ große laterale bzw. räumliche Kohärenzlänge im Strahlenbündel 10 vorhanden ist. Beim Argon-Fluorid-Excimer-Laser kann die laterale Kohärenzlänge (Kohärenzlänge im Strahlquerschnitt) über 500 μm betragen. Aufgrund der beschriebenen Erzeugung von in Ausbreitungsrichtung versetzten Zellen im Strahlenbündel 11 wird somit unter Ausnutzung der zeitlichen Kohärenz, die laterale bzw. räumliche Kohärenz vermindert bzw., wenn möglich, so gut wie vollständig aufgehoben.Due to the reflection at the step mirror 2, the reflected beam 11 thus contains a plurality of cells (in cross section here 25 of the 25 mutually offset reflective end faces) which are incoherent with one another. The 25 partial beams S1 to S5 are therefore no longer capable of interference, even if there is a relatively large lateral or spatial coherence length in the beam 10. With the argon fluoride excimer laser, the lateral coherence length (coherence length in the beam cross section) can be over 500 μm. Due to the described generation of cells in the beam 11 which are offset in the direction of propagation, the lateral or spatial coherence is thus reduced or, if possible, almost completely eliminated by using the temporal coherence.
Die 25 Teilstrahlenbündel S1 bis S5 werden dann mittels der 4f-Abbildungsoptik 3 auf das Mikrolinsenarray 4 abgebildet. Dazu umfaßt die 4f-Abbildungsoptik eine erste und eine zweite Linse 12, 13, die jeweils eine Objekt- und bildseitige Brennweite f aufweisen. Der Abstand der ersten Linse 12 zum Stufenspiegel 2 und Abstand der zweiten Linse 13 zum Mikrolinsenarray 4 beträgt die jeweils f und die beiden Linsen 12, 13 sind um 2f voneinander beabstandet.The 25 partial beams S1 to S5 are then imaged on the microlens array 4 by means of the 4f imaging optics 3. For this purpose, the 4f imaging optics comprise a first and a second lens 12, 13, each of which has a focal length f on the object and image side. The distance between the first lens 12 and the step mirror 2 and the distance between the second lens 13 and the microlens array 4 is f and the two lenses 12, 13 are spaced apart by 2f.
Durch die 4f-Abbildungsoptik 3 (in Fig. 1 ist zur besseren Übersichtlichkeit nur der Strahlverlauf des Teilstrahlenbündels S1 in der 4f-Abbildungsoptik 3 eingezeichnet) werden die Mikrolinsen 9 mit dem Beleuchtungsstrahfenbündel derart beaufschlagt, daß jede Mikrolinse 9 mit jeweils dem Teilstrahlenbündel einer reflektiven Endfläche 8 beleuchtet wird.The 4f imaging optics 3 (in FIG. 1 only the beam path of the partial beam bundle S1 is shown in the 4f imaging optics 3 for better clarity), the microlenses 9 are exposed to the illuminating beam bundle in such a way that each microlens 9 each has the partial beam bundle of a reflective end face 8 is illuminated.
Dadurch weist eine zu einem Zeitpunkt auf das Mikrolinsenarray 4 treffende Wellenfront eine verminderte Kohärenz auf, da diese Wellenfront aus unterschiedlichen Zellen (die nicht interferenzfähig sind) zusammengesetzt ist. Die vom Mikrolinsen 4 ausgehende Strahlenbündel M1 bis M5 werden dann mittels der Kondensoroptik 5 auf ein Objektfeld 14 (das bevorzugt im Abstand der Brennweite der Kondensoroptik 5 von dieser beabstandet ist) so abgebildet, daß diese homogen ausgeleuchtet ist. Durch die Phasenverschiebungen in den Teilstrahlenbündeln kann erreicht werden, daß die (hier 25) Strahlenbündel M1 bis M5 untereinander nicht interferieren, so daß keine störende Speckle oder störende Interferenzen auftreten. Es ist natürlich auch möglich, die 4f-Abbildungsoptik 3 wegzulassen und das Mikrolinsenarray direkt mit den Teilstrahlenbündel S1 bis S5 zu beaufschlagen.As a result, a wave front striking the microlens array 4 at a time has reduced coherence, since this wave front is composed of different cells (which are not capable of interference). The beam bundles M1 to M5 emanating from the microlenses 4 are then imaged by means of the condenser optics 5 onto an object field 14 (which is preferably spaced apart from the focal length of the condenser optics 5) in such a way that it is homogeneously illuminated. Due to the phase shifts in the partial beams, it can be achieved that the (here 25) beams M1 to M5 do not interfere with one another, so that no disturbing speckle or disturbing interferences occur. It is Of course, it is also possible to omit the 4f imaging optics 3 and to apply the partial beam bundles S1 to S5 directly to the microlens array.
In einer Pupillenebene P (die zwischen dem Mikrolinsenarray 4 und der Kondensoroptik 5 liegt) kann noch, wie aus der Mikroskopie bekannt ist, eine verstellbare Blende (nicht gezeigt) vorgesehen seien, mit der die Helligkeit der Ausleuchtung im Objektfeld 14 und das Winkelspektrum der auf das Objektfeld treffenden Strahlen einstellbar ist. Die Pupillenebene P liegt hier bevorzugte in der Brennebene der Mikrolinsen 9, so daß der Abstand der Hauptebene der Mikrolinsen 9 zur Pupillenebene der Brennweite der Mikrolinsen entspricht.In a pupil plane P (which lies between the microlens array 4 and the condenser optics 5), as is known from microscopy, an adjustable diaphragm (not shown) can also be provided, with which the brightness of the illumination in the object field 14 and the angle spectrum of the the object field rays is adjustable. The pupil plane P lies here preferably in the focal plane of the microlenses 9, so that the distance between the main plane of the microlenses 9 and the pupil plane corresponds to the focal length of the microlenses.
Die beschriebene Beleuchtungsoptik (Mikrolinsenarray 4 + Kondensoroptik 5) ist ein sogenannter beugender Mikrolinsenhomogenisierer. Natürlich kann die Beleuchtungsoptik auch als abbildender Mikrolinsenhomogenisierer ausgebildet sein. Dazu ist zwischen dem Mikrolinsenarray 4 und der Kondensoroptik 5 ein weiteres Mikrolinsenarray anzuordnen, daß bevorzugt die gleiche Anzahl von Mikrolinsen wie das Mikrolinsenarray 4 aufweist, wobei insbesondere eine 1:1 Zuordnung zwischen den Mikrolinsen der beiden Mikrolinsenarrays vorliegen kann. Natürlich kann das weitere Mikrolinsenarray gleich wie das Mikrolinsenarray 4 ausgebildet sein.The described illumination optics (microlens array 4 + condenser optics 5) is a so-called diffractive microlens homogenizer. Of course, the illumination optics can also be designed as an imaging microlens homogenizer. For this purpose, a further microlens array is to be arranged between the microlens array 4 and the condenser optics 5, which preferably has the same number of microlenses as the microlens array 4, in particular a 1: 1 assignment between the microlenses of the two microlens arrays. Of course, the further microlens array can be designed in the same way as the microlens array 4.
Durch den schrägen Einfall des Strahlenbündels 10 auf das Stufenspiegelelement 2 wird auch noch eine Vergrößerung des Strahlenquerschnitts in der Zeichenebene erreicht. Dies kann man beispielsweise dazu verwenden, um den in etwa rechteckigen Querschnitt der Strahlung des Argon-FIuorid-Excimer-Lasers in eine etwa quadratische Form zu überführen. Dadurch kann man mit dem Stufenspiegelelement 2 auch noch eine Anpassung des Strahlquerschnitts an die Form des Mikrolinsenarrays 4 durchführen, falls dies gewünscht ist. Bei Umkehrung der Einfallsrichtung (Strahlenbündel 11 fällt auf das Stufenspiegelelement 2 und wird als Strahlenbündel 10 reflektiert) wird eine entsprechende Verkleinerung des Strahlenquerschnitts in der Zeichenebene erreicht. Somit kann das Stufenspiegelelement 2 zur Querschnittsänderung eingesetzt werden.The oblique incidence of the beam 10 on the step mirror element 2 also results in an enlargement of the beam cross section in the plane of the drawing. This can be used, for example, to convert the approximately rectangular cross section of the radiation from the argon fluoride excimer laser into an approximately square shape. As a result, the stepped mirror element 2 can also be used to adapt the beam cross section to the shape of the microlens array 4, if this is desired. When the direction of incidence is reversed (beam 11 falls on the step mirror element 2 and is reflected as beam 10), a corresponding reduction in the beam cross section in the plane of the drawing is achieved. The step mirror element 2 can thus be used to change the cross section.
Die Stufenhöhen in der x- und y-Richtung sind bevorzugt so gewählt, daß ein gleicher Phasenversatz frühestens an Strahlenbündelpositionen auftritt, deren Abstand größer als die räumliche Kohärenzlänge ist.The step heights in the x and y directions are preferably selected so that an equal phase shift occurs at the earliest at beam positions whose spacing is greater than the spatial coherence length.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, sind die Stäbe 6 bevorzugt so angeordnet, daß, in einer Draufsicht auf die Endflächen 8 gesehen, ein zweidimensionales quadratisches Gitter ausgebildet ist. Damit wird eine, in Draufsicht gesehen, praktisch durchgängige Spiegelfläche bereitgestellt. Wenn man statt Stäben mit quadratischen Querschnitt Stäbe mit kreisrundem Querschnitt verwendet, ist es bevorzugt, daß sie so angeordnet werden, daß, in einer Draufsicht auf die reflektiven Endflächen gesehen, ein zweidimensionales hexagonales Gitter gebildet ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Damit wird eine möglichst dichte Packung realisiert, so daß die größtmögliche Spiegelfläche bei Stäben mit kreisrundem Querschnitt realisiert werden kann.As can be seen from Fig. 3, the rods 6 are preferably arranged so that, seen in a plan view of the end faces 8, a two-dimensional square grid is formed. This provides a practically continuous mirror surface, seen in plan view. If instead of rods with a square cross-section, rods with a circular cross-section are used, it is preferred that they be arranged in such a way that, seen in a plan view of the reflective end faces, a two-dimensional hexagonal grid is formed, as shown in FIG. 4. This results in a packing that is as dense as possible, so that the largest possible mirror surface can be realized with bars with a circular cross-section.
Das Stufenspiegelelement 2 kann beispielsweise so hergestellt werden, daß Stäbe gleicher Länge zu einem Bündel zusammengefaßt werden, in dem sie schon, wie in Fig. 3 oder 4 gezeigt, gepackt sind. Dieses Bündel wird dann mit den den Endflächen 8 entgegengesetzten zweiten Endflächen 7 der Stäbe 6 auf eine geneigte Fläche 15 einer Einsteilvorrichtung 16 aufgesetzt, so daß dann, wie in Fig. 5 angedeutet ist, die der Fläche 15 abgewandten Endflächen 8 der Stäbe zueinander versetzt sind. In Fig. 5 sind zur Vereinfachung der Darstellung nur jeweils fünf Stäbe in x- und y-Richtung schematisch eingezeichnet. Insbesondere ist die Steigung der Fläche in x- und y-Richtung unterschiedlich gewählt, so daß auch der Stufenversatz in diesen Richtungen unterschiedlich ist. Wenn man beispielsweise Stäbe mit einem Durchmesser von 150 μm verwendet, kann man eine Höhenstufung in x- Richtung von 75 μm dadurch erzielen, daß der Steigungswinkel α 26° beträgt. In der y-Richtung wird dann bevorzugt eine Höhenstufung von 350 μm eingestellt, was einem Steigungswinkel ß von 66° entspricht.The step mirror element 2 can, for example, be produced in such a way that rods of the same length are combined into a bundle in which they are already packed, as shown in FIG. 3 or 4. This bundle is then placed with the second end surfaces 7 of the rods 6 opposite the end surfaces 8 on an inclined surface 15 of an adjusting device 16, so that, as indicated in FIG. 5, the end surfaces 8 of the rods remote from the surface 15 are offset from one another , In FIG. 5, only five bars in each of the x and y directions are shown schematically in order to simplify the illustration. In particular, the slope of the surface in the x and y directions is selected differently, so that the step offset in these directions is also different. If, for example, rods with a diameter of 150 μm are used, a height gradation in the x direction of 75 μm can be achieved in that the pitch angle α is 26 °. A height gradation of 350 μm is then preferably set in the y direction, which corresponds to a pitch angle β of 66 °.
Das so gebildete Bündel mit den Stufen wird dann fixiert (beispielsweise mittels geeigneter Kleber). Danach werden die Endflächen 8 verspiegelt, und, falls gewünscht, mit einer Schutzschicht überzogen.The bundle with the steps thus formed is then fixed (for example by means of suitable adhesives). Then the end faces 8 are mirrored and, if desired, covered with a protective layer.
Damit ist dann das Stufenspiegelelement 2 fertig gestellt.The step mirror element 2 is then completed.
Wenn man Stäbe mit größerem Durchmesser verwendet, müssen die Daten nur entsprechend skaliert werden, wenn das Stufenspiegelelement verkleinert auf das Mikrolinsenarray 4 abgebildet wird.If rods with a larger diameter are used, the data need only be scaled accordingly if the step mirror element is imaged on the microlens array 4 in a reduced manner.
Alternativ kann man eine rein statistische Verteilung der Stufenhöhen wählen. Dazu werden Stäbe mit zufällig unterschiedlicher Länge, wobei die Längendifferenz größer ist als die halbe zeitliche Kohärenzlänge (bevorzugt größer als die zeitliche Kohärenzlänge), ausgewählt. Diese Stäbe werden dann zu einem Bündel zusammengefaßt (beispielsweise wie Fig. 3 oder 4 zu entnehmen ist) und danach auf eine plane Fläche 17 aufgesetzt, wie in Fig. 6 angedeutet ist. Dieses Bündel wird dann wiederum fixiert (mittels geeigneten Verbindungs- bzw. Klebemitteln). Darauf folgt eine Verspiegelung der Endflächen 8, so daß das Stufenspiegelelement 2 fertig gestellt ist. Eine weitere Ausgestaltung der Beleuchtungsanordnung ist in Fig. 7 dargestellt. Bei dieser Ausgestaltung trifft das Strahlenbündel 10 senkrecht auf das Stufenspiegelelement 2. Dazu ist ein Strahlteiler 18 vorgesehen, der dem Stufenspiegelelement 2 vorgeordnet ist. Der Strahlteiler 18 kann eine teiltransparente Platte sein, die 50% der einfallenden Strahlung transmittiert und die andere Hälfte reflektiert. In Fig. 7 ist nur der Strahlverlauf für die Strahlung eingezeichnet, die zur Beleuchtung des Objektfeldes 14 eingesetzt werden kann. Ferner sind gleiche Elemente wie bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.Alternatively, you can choose a purely statistical distribution of the step heights. For this purpose, rods with randomly different lengths are selected, the length difference being greater than half the time coherence length (preferably greater than the time coherence length). These rods are then combined into a bundle (for example as can be seen in FIG. 3 or 4) and then placed on a flat surface 17, as indicated in FIG. 6. This bundle is then fixed again (using suitable connecting or adhesive agents). This is followed by mirroring the end faces 8, so that the step mirror element 2 is completed. A further embodiment of the lighting arrangement is shown in FIG. 7. In this embodiment, the beam 10 strikes the step mirror element 2 perpendicularly. For this purpose, a beam splitter 18 is provided, which is arranged upstream of the step mirror element 2. The beam splitter 18 can be a partially transparent plate that transmits 50% of the incident radiation and reflects the other half. 7 shows only the beam path for the radiation that can be used to illuminate the object field 14. Furthermore, the same elements as in the embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
Wie Fig. 7 zu entnehmen ist, wird auch bei dieser Ausführungsform die gewünschte Phasenverschiebung erzeugt, wobei Abschattungseffekte am Stufenspiegelelement aufgrund des senkrechten Strahlungseinfalls praktisch entfallen. Der in Fig. 7 gezeigte Kohärenzminderer kann bei der Beleuchtungsanordnung von Fig. 1 eingesetzt werden. As can be seen in FIG. 7, the desired phase shift is also produced in this embodiment, shading effects on the step mirror element practically being eliminated due to the vertical incidence of radiation. The coherence reducer shown in FIG. 7 can be used in the lighting arrangement of FIG. 1.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kohärenzminderer mit einem Stufenspiegelelement (2), dadurch gekennzeichnet, daß das Stufenspiegelelement (2) eine Mehrzahl von im wesentlichen parallel zueinander angeordneten Stäben (6) mit reflektiven Endflächen (8) umfaßt und daß die reflektiven Endflächen (8) in Längsrichtung der Stäbe (6) zueinander versetzt angeordnet sind.1. Coherence reducer with a step mirror element (2), characterized in that the step mirror element (2) comprises a plurality of essentially parallel rods (6) with reflective end faces (8) and that the reflective end faces (8) in the longitudinal direction of the rods (6) are arranged offset from one another.
2. Kohärenzminderer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Endflächen (8) zueinander parallel sind.2. Coherence reducer according to claim 1, characterized in that all end faces (8) are parallel to each other.
3. Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die durch den Versatz der Endflächen (8) gebildeten Stufen so gebildet sind, daß die Stufenhöhen zwischen Endflächen (8), deren lateraler Abstand kleiner als die laterale Kohärenzlänge des zugeführten Strahlenbündels (10) ist, größer sind als die halbe zeitliche Kohärenzlänge des zugeführten Strahlenbündels (10).3. Coherence reducer according to one of the above claims, in which the steps formed by the offset of the end faces (8) are formed in such a way that the step heights between end faces (8) whose lateral distance is smaller than the lateral coherence length of the supplied beam (10) , are greater than half the time coherence length of the supplied beam (10).
4. Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe einen quadratischen Querschnitt aufweisen und damit die Endflächen quadratisch sind und daß die Endflächen, in Draufsicht auf die Endflächen (8) gesehen, ein zweidimensionales quadratisches Gitter bilden.4. Coherence reducer according to one of the above claims, characterized in that the rods have a square cross section and thus the end faces are square and that the end faces, seen in plan view of the end faces (8), form a two-dimensional square grid.
5. Kohärenzminderer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe einen runden Querschnitt aufweisen und damit die Endflächen rund sind und daß die Endflächen (8), in Draufsicht auf die Endflächen (8) gesehen, ein zweidimensional hexagonales Gitter bilden.5. Coherence reducer according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rods have a round cross section and thus the end faces are round and that the end faces (8), seen in plan view of the end faces (8), form a two-dimensional hexagonal grid ,
6. Kohärenzminderer nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenhöhe zwischen benachbarten Endflächen (8) statistisch verteilt sind. 6. Coherence reducer according to one of the above claims, characterized in that the step height between adjacent end faces (8) are statistically distributed.
7. Kohärenzminderer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenhöhen zwischen benachbarten Endflächen (8) in zwei unterschiedlichen lateralen Richtungen verschieden sind.7. Coherence reducer according to one of claims 1 to 5, characterized in that the step heights between adjacent end faces (8) are different in two different lateral directions.
8. Kohärenzminderer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenhöhen in den zwei lateralen Richtungen jeweils konstant sind.8. Coherence reducer according to claim 7, characterized in that the step heights in the two lateral directions are each constant.
9. Verfahren zur Herstellung eines Kohärenzminderers mit einem Stufenspiegelelement, bei dem eine Mehrzahl von Stäben mit ersten Endflächen zu einem Bündel zusammengefaßt werden und die einzelnen Stäbe zueinander in Längsrichtung der Stäbe so verschoben werden, daß ihre ersten Endflächen in Längsrichtung zueinander versetzt sind.9. A method for producing a coherence reducer with a step mirror element, in which a plurality of rods with first end faces are combined to form a bundle and the individual rods are displaced relative to one another in the longitudinal direction of the rods such that their first end surfaces are offset in the longitudinal direction.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die ersten Endflächen verspiegelt werden, wobei die Verspiegelung der Endflächen bevorzugt nach dem Verschiebungsschritt durchgeführt wird.10. The method according to claim 9, wherein the first end faces are mirrored, wherein the mirroring of the end faces is preferably carried out after the displacement step.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die ersten Endflächen vor dem Bündelungsschritt poliert werden.11. The method of claim 9 or 10, wherein the first end faces are polished before the bundling step.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem nach dem Verschiebungsschritt die Stäbe so miteinander verbunden werden, daß die Lage der ersten Endflächen fixiert ist.12. The method according to any one of claims 9 to 11, in which after the displacement step, the rods are connected to one another in such a way that the position of the first end faces is fixed.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem unterschiedlich lange Stäbe zu einem Bündel zusammengefaßt werden und die Stäbe im Verschiebungsschritt mir ihren zweiten Endflächen auf eine ebene Fläche aufgesetzt werden, wobei die Längsrichtung der Stäbe bevorzugt senkrecht zur Fläche ist.13. The method according to any one of claims 9 to 12, in which rods of different lengths are combined into a bundle and the rods are placed in the shifting step with their second end faces on a flat surface, the longitudinal direction of the rods preferably being perpendicular to the surface.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Stäbe gleich lang sind und mit ihren zweiten Endflächen auf eine ebene Fläche so aufgesetzt werden, daß die Längsrichtung der Stäbe nicht senkrecht zur Fläche ist.14. The method according to any one of claims 9 to 12, wherein the rods are of equal length and are placed with their second end faces on a flat surface so that the longitudinal direction of the rods is not perpendicular to the surface.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem im Verschiebungsschritt solche Stufen zwischen den ersten Endflächen gebildet werden, daß die Stufenhöhen zwischen ersten Endflächen, deren lateraler Abstand kleiner ist als die laterale Kohärenzlänge eines zugeführten Strahlenbündels, größer sind als die halbe zeitliche Kohärenzlänge des zugeführten Strahlenbündels. 15. The method according to any one of claims 9 to 14, in which such steps are formed between the first end faces in the shifting step such that the step heights between first end faces, the lateral distance of which is smaller than the lateral coherence length of a supplied beam, are greater than half the time Coherence length of the supplied beam.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, bei dem die Stäbe so gebündelt werden, daß die ersten Endflächen, in Draufsicht auf die ersten Endflächen gesehen, ein zweidimensionales quadratisches Gitter bilden.16. The method according to any one of claims 9 to 15, wherein the rods are bundled so that the first end faces, seen in plan view of the first end faces, form a two-dimensional square grid.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, bei dem die Stäbe so zu einem Bündel zusammengefaßt werden, daß die ersten Endflächen, in Draufsicht auf die ersten Endflächen gesehen, ein zweidimensionales hexagonales Gitter bilden.17. The method according to any one of claims 9 to 15, wherein the rods are combined into a bundle so that the first end faces, seen in plan view of the first end faces, form a two-dimensional hexagonal grid.
18. Verwendung des Kohärenzminderers nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bei einer Beleuchtungsanordnung mit einer dem Kohärenzminderer nachgeordneten Beleuchtungsoptik (4), die eine Mikrooptik (4) mit einer Vielzahl von Optikelementen (9), die rasterartig angeordnet sind, und eine der Mikrooptik (4) nachgeordneten Abbildungsoptik (5) umfaßt, wobei das Stufenspiegelelement (2) einem zugeführten kohärenten Strahlenbündel (10) mittels der reflektiven Endflächen (8) unterschiedliche Phasenverschiebungen in Abhängigkeit von der Position im Strahlquerschnitt einprägt und als Beleuchtungsstrahlenbündel (11) abgibt, das auf die Mikrooptik (4) trifft und dadurch von jedem Optikelement (9) ein Strahl (M1 , M2, M3, M4, M5) ausgeht, der mittels der Abbildungsoptik (5) zur Beleuchtung eines Objektfeldes (14) eingesetzt werden kann.18. Use of the coherence reducer according to one of claims 1 to 8 in a lighting arrangement with a downstream of the coherence reducer lighting optics (4), the micro-optics (4) with a plurality of optical elements (9), which are arranged in a grid, and one of the micro-optics ( 4) includes downstream imaging optics (5), the step mirror element (2) impressing a coherent beam bundle (10) by means of the reflective end faces (8), impressing different phase shifts depending on the position in the beam cross section and emitting it as an illuminating beam bundle (11), which Micro optics (4) hits and thereby emits a beam (M1, M2, M3, M4, M5) from each optical element (9), which can be used by means of the imaging optics (5) to illuminate an object field (14).
19. Verwendung nach Anspruch 18, bei dem die Optikelemente (9) der Mikrooptik (4) in Zeilen und Spalten angeordnet sind und dem zugeführten Strahlenbündel (10) bei Reflexion am Stufenspiegelelement (2) für die Optikelemente (9) jeder Zeile und/oder jeder Spalte eine andere Phasenverschiebung aufgeprägt wird.19. Use according to claim 18, in which the optical elements (9) of the micro-optics (4) are arranged in rows and columns and the supplied beam (10) upon reflection on the step mirror element (2) for the optical elements (9) of each line and / or a different phase shift is impressed on each column.
20. Verwendung nach Anspruch 18 oder 19, bei der jedem Optikelement (9) der Mikrooptik (4) genau eine reflektive Endfläche (8) zugeordnet ist.20. Use according to claim 18 or 19, in which each optical element (9) of the micro-optics (4) is assigned exactly one reflective end face (8).
21. Verwendung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei der jeder reflektiven Endfläche (8) genau ein Optikelement (9) zugeordnet ist, wobei mehrere reflektiven Endflächen demselben Optikelement (9) zugeordnet sind.21. Use according to one of claims 18 to 20, in which exactly one optical element (9) is assigned to each reflective end surface (8), wherein a plurality of reflective end surfaces are assigned to the same optical element (9).
22. Verwendung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei der zwischen dem Stufenspiegelelement (2) und der Mikrooptik (4) eine erste Zwischenoptik (3) angeordnet ist, die das Stufenspiegelelement (2) auf die Mikrooptik (4) abbildet. 22. Use according to one of claims 18 to 21, in which between the step mirror element (2) and the micro-optics (4) a first intermediate optics (3) is arranged, which images the step mirror element (2) on the micro-optics (4).
23. Verwendung nach einem der Ansprüche 18 bis 22, bei der dem Stufenspiegelelement (2) ein Strahlteiler (18) vorgeschaltet ist, über den das Strahlenbündel (10) dem Stufenspiegelelement (2) zugeführt wird und mittels dem ein gewisser Anteil des Beleuchtungsteilstrahlenbündels zur Beleuchtungsoptik (5) geführt wird. 23. Use according to one of claims 18 to 22, in which the step mirror element (2) is preceded by a beam splitter (18), via which the beam (10) is fed to the step mirror element (2) and by means of which a certain proportion of the partial lighting beam is used to illuminate the optics (5) is performed.
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