CN108351513B - 用于场成像和/或光瞳成像的光学系统 - Google Patents

用于场成像和/或光瞳成像的光学系统 Download PDF

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Abstract

一种用于场成像和/或光瞳成像的光学系统(10)包括光轴(16；46)、光阑平面(18；38)以及像平面(20；40)。该光学系统包括透镜系统(11；37)，该透镜系统具有三个透镜组(14a，b，c；42a，b，c)，每个透镜组具有至少一个透镜，这些透镜组被安排成在该光阑平面(18；38)与该像平面(20；40)之间沿着该光轴(16；46)是彼此间隔开的，其中，这三个透镜组(14a，b，c；42a，b，c)具有第一透镜材料和/或与该第一透镜材料不同的第二透镜材料。该透镜元件系统(11；37)被进一步设计为傅里叶光学单元(12；36)，该傅里叶光学单元另外包括进一步透镜组(14d；42d)，该进一步透镜组被安排成在该光阑平面(18；38)与该像平面(20；40)之间沿着该光轴(16；46)与这三个透镜组(14a，b，c；42a，b，c)彼此间隔开并且具有至少一个透镜，该进一步透镜组包括该第一透镜材料和/或该第二透镜材料，其中，该傅里叶光学单元(12；36)的这四个透镜组(14a，c；42b，d)中的两个被设计为与该场成像和/或该光瞳成像的纵向色差有关的第一和第二颜色欠校正透镜组，其中，该傅里叶光学单元(12；36)的这四个透镜组(14b，d；42a，c)中的另外两个被设计为第一和第二颜色过校正透镜组，其中，该傅里叶光学单元(12；36)具有颜色欠校正透镜元件组和颜色过校正透镜元件组在各自情况下的交替序列。

Description

用于场成像和/或光瞳成像的光学系统
本申请要求于2015年9月24日提交的德国专利申请号10 2015 218 328.9的优先权，其全部内容通过直接援引并入本申请的说明书中。
本发明涉及一种用于场成像和/或光瞳成像的光学系统，该光学系统具有光轴、光阑平面以及像平面，该光学系统具有透镜元件系统，该透镜元件系统具有三个透镜元件组，每个透镜元件组具有至少一个透镜元件，所述透镜元件组被安排成在该光阑平面与该像平面之间沿着该光轴是彼此间隔开的，其中，这三个透镜元件组具有第一透镜元件材料和/或与该第一透镜元件材料不同的第二透镜元件材料。
从WO 2006/091181 A1中已知这样的光学系统。
通过举例的方式，该光学系统用于光学成像、特别是场成像和/或光瞳成像，这在显微镜学和显微光刻法中起着重要作用。显微装置或显微光刻装置的光学特性主要取决于其中存在的光学系统的光学成像的质量。
用于光学成像的典型光学系统通常具有由至少一种透光材料组成的至少一个光学元件。此材料具有取决于入射到光学元件上的光的波长的折射率。这种折射率的波长依赖性(也被称为色散)导致屈光光学元件、例如具有关于特定波长的特征焦点位置的光学透镜元件中色差。色差应理解为可以追溯到透镜元件的波长依赖的屈光力的光学像差。光学透镜元件的焦点位置的波长依赖性是由于不同波长或颜色的光被光学透镜元件不同程度地折射而产生的。在摄影中，录制中出现绿色和红色颜色条纹，特别是在明/暗过渡处，该颜色条纹被称为横向色差，图像另外出现在焦点外，这被称为纵向色差。
这些色差可以进一步细分为所谓的主像差和次像差。如果像差仅涉及在两个不同波长的情况下的成像差异，则它是主要像差，而与多于两个波长有关的像差是次像差。
为了抵消色差，使用消色差透镜以获得针对不同波长的相同焦点位置。然而，使用由两种不同材料制成的简单消色差透镜，通常只能获得针对两个波长的相同焦点位置。在此，主纵向色差和主横向色差可以通过此消色差透镜来校正。然而，取决于所采用的材料的色散性质，位于这两个波长之间的波长的焦点或多或少偏离此焦点位置。在显微镜学或显微光刻法的需求非常高的情况下，尤其还需要校正次纵向色差(也称为次光谱)。
目前，次光谱可以通过复消色差透镜元件来最小化，并且必须熟练地选择透镜元件材料、特别是那些具有异常局部色散的材料。局部色散应理解为一种透镜元件材料相对于两个不同波长对的折射率之间的差异的比率，其中不同的透镜元件材料具有不同的局部色散特性。然而，此选项并不存在于UV范围内，其中只有很少的光学材料可用。因此，US5754340提出通过由石英玻璃和/或氟化钙制成的透镜元件与衍射光学元件的组合来减少次光谱，从而构成了非常复杂的解决方案。
此文件已经披露了，如果仅使用两种透镜元件材料，只要系统的设计参数被适当选择，次光谱也可以被校正。出版物Optica Acta：International Journal of Optics，25(1978)的第627-636页的C.G.Wynne的“A comprehensive first-order theory ofchromatic aberration.Secondary spectrum correction without special glasses(综合一阶色差理论。无需特殊眼镜的次光谱校正)”构成了其实例。
开头引用的文件披露了一种透镜元件系统，该透镜元件系统具有仅由两种透镜元件材料组成的三个透镜元件组。透镜元件系统有助于对不同像差、特别是可见光谱范围内的次纵向色差的充分良好的校正。然而，在这种情况下，只有从物体(这里在无穷远处)到像平面中的成像被很好地校正，这在许多应用中是常规和足够的，而光瞳成像是从颜色角度来看并未被校正。通过举例的方式，对于前述文件的图1所示的系统，焦距约为560mm并且光圈为80mm，在视场角为1°并且像高度为9.5mm的情况下针对436nm和656nm波长的像侧入射角相差约10％。
DE 101 13 612 A1披露了一种用于照亮像场的局部透镜、特别是用于显微光刻投影曝光装置的照明设备中的局部透镜，其中该局部透镜由具有一种或两种透镜元件材料的两个透镜元件组组成。结果是，校正了场成像和光瞳成像中的像差。然而，从DE 101 13 612A1中无法获知，这两个成像的次像差同样可以通过其中披露的局部透镜来校正。
因此，本发明的目的在于将开头指明的光学系统发展成促进尽可能好的光学成像的颜色校正的效果，其中可以消除上述缺点。
根据本发明，通过将该透镜元件系统实施为傅里叶光学单元来实现此目的，该傅里叶光学单元另外具有带至少一个透镜元件的一个进一步透镜元件组，所述进一步透镜元件组被安排成在该光阑平面与该像平面之间沿着该光轴与这三个透镜元件组有一定距离并且具有该第一透镜元件材料和/或该第二透镜元件材料，其中，该傅里叶光学单元的四个透镜元件组中的两个被实施为与该场成像和/或该光瞳成像的纵向色差有关的第一和第二颜色欠校正透镜元件组，其中，该傅里叶光学单元的四个透镜元件组中的另外两个被实施为第一和第二颜色过校正透镜元件组，其中，该傅里叶光学单元具有颜色欠校正透镜元件组和颜色过校正透镜元件组在各自情况下的交替序列。
使用根据本发明的光学系统，可以实现用于UV范围内的宽带应用的傅里叶光学单元，其中，取决于需求，可以校正场成像和光瞳成像的主纵向色差、主横向色差以及次纵向色差。根据本发明的光学系统的进一步的优点在于，对于上述色差校正，仅需要使用两种透镜元件材料，另外的优点是除了主色差之外还可以校正这两种成像中的至少一种的次色差。
傅里叶光学单元应理解为是指将处于无限远处的物体成像到位于有限距离处的像平面上、并且同时将入射光瞳成像到无限远的光学装置。为此，在最简单的情况下，被称为变换透镜元件的单一透镜元件是足够的，其中，入射光瞳和像平面分别位于透镜元件的前后焦平面中。
相当一般地，US 2,698,555示出了如何通过颜色过校正组和与其相距一定距离的颜色欠校正组的组合来校正次光谱，其中，欠校正组优选地承担系统的总屈光力的大部分。
在根据本发明的光学系统中使用的傅里叶光学单元能够完全校正两种成像的上述像差。具体地，根据本发明的光学系统有助于对次光谱的两种成像的校正，与由现有技术已知的由简单消色差透镜制成的光学系统相比至少优于20倍。结果是，使用根据本发明的光学系统例如作为照明系统可以显著提高显微镜学或显微光刻法的成像质量。
还可以的是，并且这可以对于整个系统是有利的是，产生一定的色差，以便补偿另一局部系统的过校正或欠校正，其中，物平面和像平面不一定需要以可触及的方式位于该局部系统之外。
在优选配置中，该第一和/或该第二颜色欠校正透镜元件组在各自情况下仅具有一个透镜元件、优选地为具有正屈光力的会聚透镜元件。
此措施的优点在于这允许将傅里叶光学单元的至少一个透镜元件组中的透镜元件的数量减少到最小。因此，用于生产根据本发明的光学系统的费用减少。具有正屈光力的会聚透镜元件在没有特定校正措施的情况下通常是欠校正的，并且因此会聚透镜元件可以理想地用作颜色欠校正透镜元件组。可替换地或另外，第一和/或第二颜色欠校正透镜元件组可以分别具有组合的两个透镜元件，该透镜元件可以彼此粘合。
在进一步优选配置中，该第一和/或该第二颜色欠校正透镜元件组在各自情况下仅具有一种材料、优选地为该第一或该第二透镜元件材料。
此措施的优点在于，用于生产根据本发明的光学系统的透镜元件材料的数量同样可以减少到最小。这对于只有很少的光学材料可用的UV范围而言是特别有利的。进一步地，此措施对生产费用和成本有减少的效果。
在进一步优选配置中，该第一和/或该第二颜色过校正透镜元件组各自具有至少两个透镜元件、优选地为具有正屈光力的会聚透镜元件和具有负屈光力的发散透镜元件。
有利的是，以此方式可以通过组合会聚透镜元件和发散透镜元件、借助于相应地安排这两个透镜来获得光学成像的过校正。此措施的结果是，可以将用于颜色过校正透镜元件组中的透镜元件的数量限制为两个，由于当前更成熟的透镜元件生产技术，这可以将根据本发明的光学系统的生产费用保持在低的水平。
在进一步优选配置中，该第一和/或该第二颜色过校正透镜元件组在各自情况下具有两种材料、优选地为该第一透镜元件材料和该第二透镜元件材料。优选地，该发散透镜元件具有较高的色散。
此措施的结果是，可以将用于生产颜色过校正透镜元件组的透镜元件材料的数量限制为两种，鉴于少量的光学材料可用于UV范围，这是特别有利的。此外，用于生产根据本发明的光学系统的颜色欠校正透镜元件组和颜色过校正透镜元件组的透镜元件材料的采购可以一起执行，这从经济角度来看另外降低了根据本发明的光学系统的生产费用。
在进一步优选配置中，如果物体和/或出射光瞳位于与光阑平面相距无限远距离处，则该光阑平面和像场具有基本上相同的尺寸。
有利的是，此措施允许通过使傅里叶光学单元绕该光轴的法线反转而使场成像和光瞳成像互换。结果是，根据本发明的光学系统为用户提供了一种具有如下特别简单的选择选项的傅里叶光学单元：该两种成像中的一种(场成像或光瞳成像)成为被更好校正的成像。
在此，根据本发明的光学系统可以特别容易地适于具有有限物体和/或出射光瞳位置的应用。这是特别有利的，因为根据本发明的光学系统的应用范围可以因此显著扩展，以便满足显微镜学或显微光刻法中的多层面需求。
在进一步优选配置中，在从该光阑平面观看时，该第一颜色欠校正透镜元件组被布置在该第二颜色欠校正透镜元件组的上游并且在该第一和该第二颜色过校正透镜元件组的上游，其中优选地，该第一颜色欠校正透镜元件组被实施为具有正屈光力的凹凸型会聚透镜元件，该凹凸型会聚透镜元件具有面向该光阑平面的凸面，其中进一步优选地，该第二颜色欠校正透镜元件组被实施为具有正屈光力的双凸型会聚透镜元件。
使用此措施，可以实现在各自情况下只具有一个会聚透镜元件的两个颜色欠校正透镜元件组。除了对于这两个颜色欠校正透镜元件组在各自情况下一个会聚透镜元件就足够的优点之外，这也允许将为此目的的材料选择限制到某种透镜元件材料，其结果是根据本发明的光学系统的设计和生产费用也是低的。使用具有正屈光力的凹凸型会聚透镜元件作为沿着光轴在该光阑平面下游的第一颜色欠校正透镜元件组，还有一种选项是已经能够通过第一颜色欠校正透镜元件组对光线、特别是离轴光线进行足够强地颜色欠校正。
在进一步优选配置中，在从该光阑平面观看时，该第一颜色过校正透镜元件组被布置在该第二颜色过校正透镜元件组的上游，其中优选地，该第一颜色过校正透镜元件组从该光阑平面起依次具有凹凸型发散透镜元件、双凸型会聚透镜元件以及双凹型发散透镜元件，该凹凸型发散透镜元件具有背向该光阑平面的凹面，其中，该双凸型会聚透镜元件在沿着该光轴与该凹凸型发散透镜元件相距一定距离处连结到该双凹型发散透镜元件，其中进一步优选地，该第二颜色过校正透镜元件组从该光阑平面起依次具有双凸型会聚透镜元件和双凹型发散透镜元件，该双凸型会聚透镜元件具有背向该光阑平面的凸面，该双凹型发散透镜元件沿着该光轴连结到该平凸型会聚透镜元件，该双凹型发散透镜元件具有面向该光阑平面的凹面。
使用此措施，可以通过两个透镜元件来实施根据本发明的光学系统的傅里叶光学单元的至少一个颜色过校正透镜元件组，这使得根据本发明的光学系统的设计和生产费用保持在低的水平。进一步地，这使得可以将用于生产两个颜色过校正透镜元件组的材料的数量限制为两钟，这对于只有很少的光学材料可用的UV范围内的应用而言是特别有利的。
在进一步优选配置中，在从该光阑平面观看时，该第一颜色过校正透镜元件组被布置在该第二颜色过校正透镜元件组的上游并且在该第一和该第二颜色欠校正透镜元件组的上游，其中优选地，该第一颜色过校正透镜元件组从该光阑平面起依次具有双凹型发散透镜元件和双凸型会聚透镜元件，该双凹型发散透镜元件具有背向该光阑平面的凹面，该双凸型会聚透镜元件沿着该光轴连结到该双凹型发散透镜元件，所述双凸型会聚透镜元件具有面向该光阑平面的凸面，其中进一步优选地，该第二颜色过校正透镜元件组从该光阑平面起依次具有双凹型发散透镜元件、双凸型会聚透镜元件以及凹凸型发散透镜元件，该凹凸型发散透镜元件具有面向该光阑平面的凹面，其中，该双凸型会聚透镜元件在沿着该光轴与该凹凸型发散透镜元件相距一定距离处连结到该双凹型发散透镜元件。
此措施是特别有利的，因为使用这种措施可以通过两个透镜元件形成根据本发明的光学系统的傅里叶光学单元的至少一个颜色过校正透镜元件组，从而使得根据本发明的光学系统的生产可以进一步以具有成本效益的方式进行。进一步地，可以将用于生产这两个颜色过校正透镜元件组的材料的数量限制为两钟，这对于只有很少的光学材料可用的UV范围内的应用而言是特别有利的。
在进一步优选配置中，在从该光阑平面观看时，该第一颜色欠校正透镜元件组被布置在该第二颜色欠校正透镜元件组的上游，其中优选地，该第一颜色欠校正透镜元件组被实施为具有正屈光力的双凸型会聚透镜元件，其中进一步优选地，该第二颜色欠校正透镜元件组被实施为具有正屈光力的凹凸型会聚透镜元件，该平凸型会聚透镜元件具有背向该光阑平面的凸面。
使用此措施，可以实现在各自情况下只具有一个会聚透镜元件的两个颜色欠校正透镜元件组。可以将材料选择限制于某种透镜元件材料，其结果是可以使根据本发明的光学系统的生产更加具有成本效益。
在进一步优选配置中，该傅里叶光学单元具有二氧化硅和/或氟化钙。
参考根据本发明的光学系统，这些材料的使用是特别有利的，因为它们有助于傅里叶光学单元，特别是对于具有相应波长的UV范围。
在进一步优选配置中，该傅里叶光学单元具有至少一个另外的光学元件，例如偏转镜或分束器。
通过此措施，根据本发明的光学系统的优点在于，其应用范围可以因此显著扩展。特别地，照明光束路径可以借助偏转镜而偏转90°。可替代地，对于测量目的，还可以借助分束器输出耦合一些照明光。考虑到傅里叶光学单元的前述透镜元件组之间的足够大的距离，同样可以使用有助于进一步使用目的的另外的光学元件。
其他优点和特征将从以下描述和附图中获得。
不言而喻，上述特征和下面将要解释的特征不仅可以以分别指定的组合方式使用、还可以以其他组合方式或独自地使用而不脱离本发明的范围。
在附图中展示出了本发明的示例性实施例并且参照这些附图在下文中进行更详细地描述。在附图中：
图1示出了根据本发明的光学系统的第一示例性实施例的透镜元件截面；
图2示出了根据本发明的光学系统的第二示例性实施例的透镜元件截面；
图3示出了具有图1中的光学系统的系统数据的表格；
图4示出了具有图2中的光学系统的系统数据的表格；并且
图5示出了具有通过图2中的光学系统进行的颜色校正的表格。
图1描绘了用一般附图标记10提供的光学系统的第一示例性实施例的透镜元件截面。光学系统10具有透镜元件系统11，该透镜元件系统具有傅里叶光学单元12，该傅里叶光学单元具有四个透镜元件组14a、b、c、d，其中，透镜元件组14a、b、c、d是以关于光轴16旋转对称的方式安排的。在这个示例性实施例中，氟化钙和石英玻璃或二氧化硅被用作透镜元件材料。在193.3nm的工作波长下，氟化钙的折射率为1.5014，而二氧化硅在相同的工作波长下的折射率为1.5603。傅里叶光学单元12具有直径为5mm的光阑平面18。傅里叶光学单元12进一步具有像平面20，其中，这四个透镜元件组14a、b、c、d以关于光轴16旋转对称的方式安排在光阑平面18与像平面20之间。
对于190nm-250nm的工作波长，傅里叶光学单元12具有100mm的特征焦距。
平行光束穿过光阑平面18进入光学系统10，所述光束从位于光阑平面18上游无限远距离处(在此未示出的)物体发出、穿过这四个透镜元件组14a、b、c、d并且最终被聚焦到像平面20中的多个像点21上。作为透镜元件组14a、b、c、d的结果，物体被成像到像平面20中的像场20a中，其中像场20a的直径为5mm。在像场20a内，像点21的几何直径小于0.2μm，场成像的校正非常好，以至于像点21的直径的大小基本上由衍射确定。“几何直径”应理解为忽略衍射时的几何光斑直径。除了傅里叶光学单元12之外，还绘制了多个光束。像场20a和光阑平面18具有相同的尺寸。光阑平面18同样由透镜元件组14a、b、c、d成像，其中，所述光阑平面具有位于光阑平面18(此处未示出)之后无限远距离处的出射光瞳。
图3中的表格中组合了系统数据，特别是曲率半径、相邻面之间的距离、以及图1中光学系统10的各个光学元件的透镜元件材料。
在从光阑平面18观看时，傅里叶光学单元12具有被实施为具有正屈光力的凹凸型会聚透镜元件22的第一透镜元件组14a。第一透镜元件组14a具有面向光阑平面18的凸面22a和背向光阑平面18的凹面22b，凸面22a的曲率半径为17.2mm。平凸型会聚透镜元件22以石英玻璃作为透镜元件材料，其中，凹凸型会聚透镜元件22以关于光轴16旋转对称的方式安排在与光阑平面18相距52.5mm距离处。
在从光阑平面18观看时，傅里叶光学单元12具有位于第一透镜元件组14a之后的第二透镜元件组14b，所述第二透镜元件组从光阑平面18起依次具有凹凸型发散透镜元件24、双凸型会聚透镜元件26以及双凹型发散透镜元件28，该凹凸型发散透镜元件具有面向光阑平面18的凸面24a和背向光阑平面18的凹面24b，其中，双凸型会聚透镜元件26在沿着光轴16与凹凸型发散透镜元件24相距一定距离处连结或粘合到双凹型发散透镜元件28。凹凸型发散透镜元件24的屈光力为-50dpt，其凹面24b的曲率半径为8.9mm。凹凸型发散透镜元件24进一步以石英玻璃作为透镜元件材料，其中，所述透镜元件是以关于光轴16旋转对称的方式安排的。双凸型会聚透镜元件26具有面向光阑平面18的凸面26a和背向光阑平面18的凸面26b。至于透镜元件材料，双凸型会聚透镜元件26具有CaF2，其中它是以关于光轴16旋转对称的方式安排的。以关于光轴16旋转对称的方式与双凸型会聚透镜元件26连结的双凹型发散透镜元件28具有面向光阑平面18的凹面28a和背向光阑平面18的凹面28b，凸面26b连接到凹面28a。双凹型发散透镜元件28以石英玻璃作为透镜元件材料。
在从光阑平面18观看时，傅里叶光学单元12具有被实施为具有正屈光力的双凸型会聚透镜元件30的第三透镜元件组14c。双凸型会聚透镜元件30具有面向光阑平面18的凸面30a和背向光阑平面18的凸面30b。双凸型会聚透镜元件30以石英玻璃作为透镜元件材料，其中，该透镜元件是以关于光轴16旋转对称的方式安排的。
在从光阑平面18观看时，傅里叶光学单元12具有第四透镜元件组14d，该第四透镜元件组在从光阑平面18观看时依次具有双凸型会聚透镜元件32和沿着光轴16连结到其上的双凹型发散透镜元件34。会聚透镜元件32具有面向光阑平面18的凸面32a和背向光阑平面18的凸面32b。发散透镜元件34具有面向光阑平面的凹面34a和背向光阑平面18的凹面34b，凸面32a连接到凹面34a。至于透镜元件材料，双凸型会聚透镜元件32具有CaF2。至于透镜元件材料，双凹型发散透镜元件34具有石英玻璃，其中，透镜元件34是以关于光轴16旋转对称的方式安排的。
傅里叶光学单元12的第一和第三透镜元件组14a、c被实施为与场成像的纵向色差有关的颜色欠校正透镜元件组，而傅里叶光学单元12的第二和第四透镜元件组14b、d被实施为与场成像中的纵向色差有关的颜色过校正透镜元件组。这个示例性实施例的傅里叶光学单元12可以用于在190nm和250nm之间的波长范围，其中，在场成像和光瞳成像中的主纵向色差、主横向色差以及次纵向色差被校正，在这种情况下，场成像比光瞳成像被更好地校正。像平面20上的两个像点21各自具有＜0.2μm的几何直径，表明场成像的前述色差可以由傅里叶光学单元12大幅校正。
图2示出了图1的根据本发明的光学系统10的第二示例性实施例的透镜元件截面，所述光学系统具有透镜元件系统37，该透镜元件系统具有带光阑平面38和像平面40的傅里叶光学单元36。傅里叶光学单元36进一步具有四个透镜元件组42a、b、c、d，其中这四个透镜元件组42a、b、c、d由图1中的四个透镜元件组14a、b、c、d关于垂直于光轴16的平面44(图1)镜像而产生。这四个透镜元件组42a、b、c、d在图2中是以关于光轴46旋转对称的方式安排的，其中它们以对应于关于中央平面44(图1)的镜像的方式安排成彼此相距一定距离、与光阑平面38相距一定距离并且与像平面40相距一定距离。在从光阑平面38观看时，第一和第三透镜元件组42a、c在各自情况下被实施为与光瞳成像的纵向色差有关的颜色过校正透镜元件组，而在从光阑平面38观看时，第二和第四透镜元件组42b、d在各自情况下被实施为与光瞳成像中的纵向色差有关的颜色欠校正透镜元件组。像在图1中那样，在这个示例性实施例中，物体(在此未示出)也处于无穷远处，所述物体通过透镜元件组42a、b、c、d成像到像平面40中的像场50上。光阑平面38通过透镜元件组42a、b、c、d成像到出射光瞳(在此未示出)上，其中光阑平面38和像场50具有相同的尺寸。在这个示例性实施例中，出射光瞳位于光阑平面40后方无限远处。
图4中的表格中组合了系统数据，特别是曲率半径、相邻面之间的距离、以及图2中光学系统10的各个光学元件的透镜元件材料。
在从光阑平面38观看时，第一透镜元件组42a从光阑平面38起依次具有双凹型发散透镜元件组54和双凸型会聚透镜元件56，该双凹型发散透镜元件组具有与双凹型发散透镜元件组34相同的结构，该双凸型会聚透镜元件具有与双凸型会聚透镜元件32相同的结构，其中，会聚透镜元件56沿着光轴46连结到发散透镜元件54。发散透镜元件54具有面向光阑平面38的面54a和背向光阑平面38的凹面54b。会聚透镜元件56具有面向光阑平面38的凸面56a和背向光阑平面38的面56b，凸面56a连接到凹面54b。双凹型发散透镜元件54是以关于光轴46旋转对称的方式安排的，其中，双凸型会聚透镜元件56同样是以关于光轴46旋转对称的方式安排的。
在从光阑平面38观看时，第二透镜元件组42b具有双凸型会聚透镜元件58，该双凸型会聚透镜元件具有与双凸型会聚透镜元件30相同的结构、具有正屈光力。双凸型会聚透镜元件58具有面向光阑平面38的凸面58a，所述凸面对应于双凸型会聚透镜元件30的凸面30b。进一步地，双凸型会聚透镜元件58具有背向光阑平面38的凸面58b，所述凸面对应于双凸型会聚透镜元件30的凸面30a。双凸型会聚透镜元件58是以关于光轴46旋转对称的方式安排的。
在从光阑平面38观看时，第三透镜元件组42c具有双凹型发散透镜元件组60、双凸型会聚透镜元件62、以及凹凸型发散透镜元件组64，该双凹型发散透镜元件组具有与双凹型发散透镜元件组28相同的结构，该双凸型会聚透镜元件具有与双凸型会聚透镜元件26相同的结构，该凹凸型发散透镜元件组具有与凹凸型发散透镜元件组24相同的结构。双凹型发散透镜元件60沿着光轴46在与凹凸型发散透镜元件64相距一定距离处连结到双凸型会聚透镜元件62。双凹型发散透镜元件60是以关于光轴46旋转对称的方式安排的、并且具有面向光阑平面38的凹面60a和背向光阑平面38的凹面60b，其中，凹面60a对应于凹面28b，并且凹面60b对应于凹面面28a。双凸型会聚透镜元件62是以关于光轴46旋转对称的方式安排的、并且具有面向光阑平面38的凸面62a和背向光阑平面38的凸面62b，其中，凸面62a对应于凸面26b，并且凸面62b对应于凸面26a。凹凸型发散透镜元件64是以关于光轴46旋转对称的方式安排的，并且具有面向光阑平面38的凹面64a，所述凹面对应于凹面24b。
在从光阑平面38观看时，第四透镜元件组42d具有凹凸型会聚透镜元件66，该凹凸型会聚透镜元件具有与凹凸型会聚透镜元件22相同的结构、具有正屈光力，该凹凸型会聚透镜元件具有面向光阑平面38的凹面66a和背向光阑平面38的凸面66b。凹凸型会聚透镜元件66是以关于光轴46旋转对称的方式安排的。
在图5中可以看到表格，所述表格示出了用图2所示的光学系统10可获得的色差校正。关于190nm、210nm和250nm的光学波长，对于场成像和光瞳成像都指定了色差校正。
从图5可以清楚地看出，对于这些波长，在场成像的情况下焦点位置在像中沿着光轴的位移位于-2.3μm至1.1μm的范围内，其中正/负符号对应于背向像平面/朝向像平面的位移。在场成像的情况下，焦点位置在像中场边缘处的位移位于-0.5μm至1.7μm的范围内。此外，在场成像的情况下，像中的横向色差位于-36.4nm至18.9nm的范围内，正/负符号在此对应于像点在向上/向下方向上位移的竖直方向。
在光瞳成像的情况下，产生焦点位置在物体侧沿着光轴的-2.3μm至1.1μm的位移。在光瞳成像的情况下，焦点位置在物体侧在光瞳边缘处的位移在-0.6μm至1.5μm的范围内。此外，在光瞳成像的情况下，物体侧的横向色差位于-36.9nm至20.8nm的范围内，正/负符号在此对应于像点在向上/向下方向上位移的竖直方向。
与现有技术已知的装置相比，使用本发明，可以获得明显更好的色差校正。通过举例的方式，由石英玻璃制成的焦距为100mm的简单透镜元件的主纵向色差位于11.2mm处。由石英玻璃和CaF2制成的焦距为100mm的简单消色差透镜的次纵向色差是255μm。
图1中的场成像对应于图2中的光瞳成像，而图1中的光瞳成像对应于图2中的场成像。傅里叶光学单元36可以用于在190nm和250nm之间的波长范围，其中在光瞳成像和场成像中的主纵向色差、主横向色差以及次纵向色差被校正，在这种情况下，光瞳成像比场成像被更好地校正。图2中绘制的光束被聚焦在像平面40中的多个像点52上，其中像点52各自具有＜0.2μm的几何直径。这意味着光瞳成像的前述色差可以由傅里叶光学单元36大幅校正。

Claims (24)

1.一种用于场成像和/或光瞳成像的光学系统(10)，该光学系统具有光轴(16；46)、光阑平面(18；38)，像平面(20；40)，以及透镜元件系统(11；37)，该透镜元件系统被实施为傅里叶光学单元(12；36)，该傅里叶光学单元具有四个透镜元件组(14a，b，c，d；42a，b，c，d)，每个透镜元件组具有至少一个透镜元件，所述透镜元件组被安排成在该光阑平面(18；38)与该像平面(20；40)之间沿着该光轴(16；46)是彼此间隔开的，其中这四个透镜元件组(14a，b，c；42a，b，c)中的每一个具有第一透镜元件材料和/或与该第一透镜元件材料不同的第二透镜元件材料，其中，该傅里叶光学单元(12；36)的这四个透镜元件组(14a，c；42b，d)中的两个被实施为与场成像和/或光瞳成像的纵向色差有关的第一和第二颜色欠校正透镜元件组，其中，该傅里叶光学单元(12；36)的这四个透镜元件组(14b，d；42a，c)中的另外两个被实施为第一和第二颜色过校正透镜元件组，其中，该傅里叶光学单元(12；36)具有颜色欠校正透镜元件组和颜色过校正透镜元件组的交替序列，
其中，所述第一和第二颜色欠校正透镜元件组各具有正屈光力，并且所述第一和第二颜色过校正透镜元件组各具有负屈光力。
2.如权利要求1所述的光学系统，其中，该第一和/或该第二颜色欠校正透镜元件组(14a，c；42b，d)在各自情况下仅具有一个透镜元件。
3.如权利要求2所述的光学系统，其中，该第一和/或该第二颜色欠校正透镜元件组(14a，c；42b，d)在各自情况下具有具有正屈光力的会聚透镜元件(22)。
4.如权利要求1所述的光学系统，其中，该第一和/或该第二颜色欠校正透镜元件组(14a，c；42b，d)在各自情况下仅具有一种材料。
5.如权利要求4所述的光学系统，其中，该第一和/或该第二颜色欠校正透镜元件组(14a，c；42b，d)在各自情况下具有该第一或该第二透镜元件材料。
6.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，该第一和/或该第二颜色过校正透镜元件组(14b，d；42a，c)各自具有至少两个透镜元件。
7.如权利要求6所述的光学系统，其中，该第一和/或该第二颜色过校正透镜元件组(14b，d；42a，c)各自具有具有正屈光力的会聚透镜元件(32)和具有负屈光力的发散透镜元件(34)。
8.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，该第一和/或该第二颜色过校正透镜元件组(14b，d；42a，c)在各自情况下具有两种材料。
9.如权利要求8所述的光学系统，其中，该第一和/或该第二颜色过校正透镜元件组(14b，d；42a，c)在各自情况下具有该第一透镜元件材料和该第二透镜元件材料。
10.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，如果物体和/或出射光瞳位于与该光阑平面(18；38)相距无限远距离处，则该光阑平面(18；38)和像场(20a；50)具有基本上相同的尺寸。
11.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，在从该光阑平面(18)观看时，该第一颜色欠校正透镜元件组(14a)被布置在该第二颜色欠校正透镜元件组(14c)的上游并且在该第一和该第二颜色过校正透镜元件组(14b，d)的上游。
12.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，该第一颜色欠校正透镜元件组(14a)被实施为具有正屈光力的平凸型会聚透镜元件(22)，该平凸型会聚透镜元件具有面向该光阑平面(18)的凸面(22a)。
13.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，该第二颜色欠校正透镜元件组(14c)被实施为具有正屈光力的双凸型会聚透镜元件(30)，其中，在从该光阑平面(18)观看时，该第一颜色欠校正透镜元件组(14a)被布置在该第二颜色欠校正透镜元件组(14c)的上游并且在该第一和该第二颜色过校正透镜元件组(14b，d)的上游。
14.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，在从该光阑平面(18)观看时，该第一颜色过校正透镜元件组(14b)被布置在该第二颜色过校正透镜元件组(14d)的上游。
15.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，该第一颜色过校正透镜元件组(14b)从该光阑平面(18)起依次具有平凹型发散透镜元件(24)、双凸型会聚透镜元件(26)以及双凹型发散透镜元件(28)，该平凹型发散透镜元件具有背向该光阑平面(18)的凹面，其中，该双凸型会聚透镜元件(26)在沿着该光轴(16)与该平凹型发散透镜元件(24)相距一定距离处连结到该双凹型发散透镜元件(28)。
16.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，该第二颜色过校正透镜元件组(14d)从该光阑平面(18)起依次具有平凸型会聚透镜元件(32)和平凹型发散透镜元件(34)，该平凸型会聚透镜元件具有背向该光阑平面(18)的凸面，该平凹型发散透镜元件沿着该光轴(16)连结到该平凸型会聚透镜元件，所述发散透镜元件具有面向该光阑平面(18)的凹面(34a)。
17.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，在从该光阑平面(38)观看时，该第一颜色过校正透镜元件组(42a)被布置在该第二颜色过校正透镜元件组(42c)的上游并且在该第一和该第二颜色欠校正透镜元件组(42b，d)的上游。
18.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，该第一颜色过校正透镜元件组(42a)从该光阑平面(38)起依次具有平凹型发散透镜元件(54)和平凸型会聚透镜元件(56)，该平凹型发散透镜元件具有背向该光阑平面(38)的凹面，该平凸型会聚透镜元件沿着该光轴(46)连结到该平凹型发散透镜元件，所述会聚透镜元件具有面向该光阑平面(38)的凸面(56a)。
19.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，该第二颜色过校正透镜元件组(42c)从该光阑平面(38)起依次具有双凹型发散透镜元件(60)、双凸型会聚透镜元件(62)以及平凹型发散透镜元件(64)，该平凹型发散透镜元件具有面向该光阑平面(38)的凹面(64a)，其中，该双凸型会聚透镜元件(62)在沿着该光轴(46)与该平凹型发散透镜元件(64)相距一定距离处连结到该双凹型发散透镜元件(60)。
20.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，在从该光阑平面(38)观看时，该第一颜色欠校正透镜元件组(42b)被布置在该第二颜色欠校正透镜元件组(42d)的上游。
21.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，该第二颜色欠校正透镜元件组(42d)被实施为具有正屈光力的平凸型会聚透镜元件(66)，该平凸型会聚透镜元件具有背向该光阑平面(38)的凸面。
22.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，该傅里叶光学单元(12；36)具有二氧化硅和/或氟化钙。
23.如权利要求1至5中任一项所述的光学系统，其中，该傅里叶光学单元(12；36)具有至少一个进一步的光学元件。
24.如权利要求23所述的光学系统，其中，该傅里叶光学单元(12；36)具有偏转镜或分束器。
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