DE102005048375A1 - Device for illuminating an aperture plate of an optical system e.g. microscope comprises a source which releases an optical bean bundle and a diffractive element arranged in the beam path from the source to the aperture plate - Google Patents

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Abstract

Device for illuminating an aperture plate (P) of an optical system comprises a source (1) which releases an optical bean bundle (S) and a diffractive element (2) arranged in the beam path from the source to the aperture plate. The beam bundle is bent to produce the required illumination of the aperture plate. An independent claim is also included for a method for the illuminating an aperture plate of an optical system using the above device. Preferred Features: An imaging lens module (3) formed as a collimator and/or zoom system is arranged between the diffractive element and the aperture plate. A screen (6) for shadowing the bending order of the diffractive element is arranged in the aperture plate.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung einer vorbestimmten Ausleuchtung einer Pupille eines optischen Systems. Bisher wird bei optischen Systemen (wie z.B. ein Mikroskop) die Pupillenausleuchtung mittels einer Kreis- oder Irisblende eingestellt. Das bedeutet, daß beispielsweise die Formung der Lichtverteilung dadurch erreicht wird, daß das Licht für die nicht gewollte Raumwinkel weggeschnitten bzw. abgeschattet wird. Das führt zu unerwünschten Lichtverlusten.The The invention relates to an apparatus and a method for producing a predetermined illumination of a pupil of an optical system. So far In the case of optical systems (such as a microscope), the pupil illumination becomes set by means of a circular or iris diaphragm. That means, that, for example the shaping of the light distribution is achieved in that the light for the unwanted solid angle is cut away or shadowed. Leading too unwanted Light losses.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung einer vorbestimmten Ausleuchtung einer Pupille eines optischen Systems bereitzustellen, bei denen möglichst wenig optische Strahlung mittels Blenden abzuschatten ist, um die vorbestimmte Ausleuchtung zu erzielen.outgoing It is the object of the invention to provide a device and a method for generating a predetermined illumination of a pupil of a provide optical system where as little as possible optical radiation shade by means of apertures to the predetermined illumination to achieve.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer vorbestimmten Ausleuchtung einer Pupille eines optischen Systems mit einer Quelle, die ein optisches Strahlenbündel abgibt, und einem diffraktiven Element, das in einem Strahlengang von der Lichtquelle bis zur Pupille angeordnet ist und das optische Strahlenbündel so beugt, daß die gewünschte Ausleuchtung der Pupille vorliegt. Unter Ausleuchtung wird hier insbesondere die räumliche Energieverteilung und damit die örtliche und winkelmäßige Verteilung der Strahlenfeldes über den gesamten Strahlquerschnitt in der Pupille verstanden. Dies schließt insbesondere auch die Fälle ein, daß sich die räumliche Energieverteilung von Ort zu Ort ändert und daß sich auch die Winkelverteilung von Ort zu Ort unterscheiden kann. Ferner kann die Phasenlage bezogen auf eine Referenz und/oder die Polarisation ortsabhängig sein.According to the invention Task solved by a device for generating a predetermined illumination a pupil of an optical system with a source, the one optical beam emits, and a diffractive element, in a beam path is arranged from the light source to the pupil and the optical ray beam so bows that the desired Illumination of the pupil is present. Under illumination will be here especially the spatial Energy distribution and thus the local and angular distribution the radiation field over understood the entire beam cross section in the pupil. This includes in particular also the cases a, that yourself the spatial Energy distribution changes from place to place and that too can differentiate the angular distribution from place to place. Furthermore, the Phase relation relative to a reference and / or the polarization be location-dependent.

Durch den Einsatz eines diffraktiven Elementes wird vorteilhaft die Strahlung in gewünschter Weise umgelenkt, ohne abgeschattet zu werden, so daß die vorbestimmte Pupillenausleuchtung erreicht werden kann, ohne daß ein großer Teil der optischen Strahlung mittels Blenden abgeschattet werden muß. Insbesondere nutzt die Vorrichtung zur Ausleuchtung der Pupille zumindest eine vorbestimmte, nicht-nullte Beugungsordnung des diffraktiven Elementes. Dabei kann das diffraktive Element bezüglich der zumindest einen vorbestimmten Beugungsordnung optimiert sein, so daß eine möglichst große Beugungseffizienz bezüglich dieser zumindest einen vorbestimmten Beugungsordnung vorliegt. Dazu kann z.B. das diffraktive Element geblazet sein.By the use of a diffractive element is advantageous the radiation in the desired Way deflected without being shaded, so that the predetermined pupil illumination can be achieved without a greater Part of the optical radiation are shaded by aperture got to. Especially the device for illuminating the pupil uses at least one predetermined, non-zero diffraction order of the diffractive element. In this case, the diffractive element with respect to the at least one predetermined Beugungsordnung be optimized so that the greatest possible diffraction efficiency with respect to this at least one predetermined diffraction order is present. This can e.g. the diffractive element has blazed.

Zwischen dem diffraktiven Element und der Pupille kann ein abbildendes Optikmodul vorgesehen sein. Insbesondere kann das Optikmodul als Kollimator und/oder Zoomsystem wirken. Damit kann weiterer Einfluß auf die Ausleuchtung der Pupille genommen werden.Between the diffractive element and the pupil may be an imaging optical module be provided. In particular, the optical module as a collimator and / or zoom system act. This can further influence on the Illumination of the pupil be taken.

In der Pupille kann eine Blende zur Abschattung der nullten Beugungsordnung des diffraktiven Elementes angeordnet sein. Damit wird vorteilhaft verhindert, daß die nullte Beugungsordnung unerwünschterweise in den der Pupille nachfolgenden Strahlengang gelangt.In The pupil may be an aperture for shading the zeroth order of diffraction be arranged of the diffractive element. This is advantageously prevented that the zeroth diffraction order unwanted in the pupil subsequent beam path passes.

Das diffraktive Element kann entlang des Strahlengangs verschiebbar angeordnet sein. Insbesondere ist dazu ein Aktuator zum Verschieben des diffraktiven Elementes vorhanden. Damit können unterschiedliche vorbestimmte Ausleuchtungen der Pupille realisiert werden.The diffractive element can be displaced along the beam path be arranged. In particular, this is an actuator for moving of the diffractive element present. This can be different predetermined Illuminations of the pupil can be realized.

Das diffraktive Element kann eine laterale Verschiebungsinvarianz aufweisen. Dies erleichtert die Justierung des diffraktiven Elements im Strahlengang. Dies kann beispielsweise bei einem Beugungsgitter zur Erzeugung einer Dipolbeleuchtung bzw. -ausleuchtung gegeben sein. Das Beugungsgitter kann z.B. zwei unterschiedliche Perioden für zwei unterschiedliche Beugungswinkel (z.B. der gleichen Beugungsordnung für beide Perioden) aufweisen, wobei das Beugungsgitter als Blaze-Gitter zur Minimierung der 0.-ten Beugungsordnung ausgebildet sein kann. Die genutzte Beugungsordnung der beiden Perioden kann beispielsweise die +1.-te oder –1.-te Beugungsordnung sein. Wenn mit dem Beugungsgitter eine Dipolbeleuchtung erzeugt wird, ist bevorzugt nur darauf zu achten, daß das diffraktive Element aus Symmetriegründen senkrecht im Strahlengang steht und die gewollte Orientierung hat.The diffractive element may have a lateral displacement invariance. This facilitates the adjustment of the diffractive element in the beam path. This can, for example, in a diffraction grating for the production be given a dipole lighting or illumination. The diffraction grating can e.g. two different periods for two different diffraction angles (e.g., the same diffraction order for both periods), wherein the diffraction grating as a blaze grating to minimize the 0.-th order of diffraction can be trained. The used diffraction order of the two periods may be, for example, the + 1st or -1st order of diffraction. When creating a dipole illumination with the diffraction grating, is preferred only to make sure that the diffractive element symmetry is perpendicular to the beam path and has the intended orientation.

Das diffraktive Element kann senkrecht zur optischen Achse des Strahlengangs angeordnet sein. Es ist jedoch auch möglich, daß das diffraktive Element nicht senkrecht zur optischen Achse des Strahlengangs angeordnet ist. In diesem Fall kann vorteilhaft erreicht werden, daß die nullte Beugungsordnung nicht in die Pupille gelangt. Man kann dann auf die zentrale Abschattungsblende für die nullte Beugungsordnung verzichten.The diffractive element can be perpendicular to the optical axis of the beam path be arranged. However, it is also possible that the diffractive element is not is arranged perpendicular to the optical axis of the beam path. In this case, it can be advantageously achieved that the zeroth Diffraction order does not get into the pupil. You can then go on the central shading stop for the zeroth diffraction order without.

Das diffraktive Element kann als transmissives oder reflektives Element ausgebildet sein. Wenn es als reflektives Element ausgebildet ist, führt es zu einer Faltung des Strahlengangs, wodurch die Vorrichtung insgesamt kompakt ausgebildet werden kann.The diffractive element can act as a transmissive or reflective element be educated. If it is designed as a reflective element, Lead it to a folding of the beam path, whereby the device as a whole can be made compact.

Ferner kann im Strahlengang zumindest eine Blende zur Beeinflussung der geometrischen Form der Ausleuchtung und/oder des Winkelspektrums der Ausleuchtung angeordnet sein.Furthermore, in the beam path at least one aperture for influencing the geometric shape of the illumination and / or the angular spectrum of the Illumination be arranged.

Die Blende kann so ausgebildet sein, daß ihre Blendengeometrie bzw. die Form, Anordnung, Ausrichtung und/oder Anzahl der Blendenöffnungen einstellbar und veränderbar ist. Insbesondere kann sie elektronisch ansteuerbar und einstellbar sein. Dazu kann die Blende beispielsweise als ansteuerbarer Flüssigkristallfilter für Strahlung mit einer Wellenlänge vorzugsweise im sichtbaren Wellenlängenbereich oder Infrarotbereich ausgebildet sein. Es ist auch möglich, eine Kippspiegelmatrix vorzusehen, bei der eine Vielzahl von einzelnen Kippspiegeln bevorzugt in Zeilen und Spalten angeordnet und individuell ansteuerbar sind. Damit kann der Strahlengang örtlich selektiv den Strahlquerschnitt abknicken, so daß somit eine Filterung bzw. örtliche Einstellung der Blendengeometrie erfolgen kann.The Aperture can be designed so that their aperture geometry or the shape, arrangement, orientation and / or number of apertures adjustable and changeable is. In particular, it can be electronically controlled and adjustable be. For this purpose, the aperture, for example, as a controllable liquid crystal filter for radiation with one wavelength preferably in the visible wavelength range or infrared range be educated. It is also possible, to provide a tilting mirror array in which a plurality of individual Tilt mirrors preferably arranged in rows and columns and individually are controllable. Thus, the beam path locally selectively the beam cross section bend so that so a filtering or local Adjustment of the diaphragm geometry can be done.

Es kann ferner ein Wechsler vorgesehen sein, der mindestens zwei unterschiedliche Blenden enthält und selektiv eine der Blenden in den Strahlengang einbringen kann. Damit kann automatisch eine Änderung der Blendengeometrie durch Auswechseln der Blende durchgeführt werden.It Furthermore, a changer may be provided which has at least two different ones Contains diaphragms and selectively introduce one of the diaphragms in the beam path. This can automatically change the aperture geometry can be performed by replacing the aperture.

Ferner kann auch ein Wechsler für das diffraktive Element vorgesehen sein, wobei in diesem Fall der Wechsler ebenfalls unterschiedliche diffraktive Elemente enthält, die er selektiv in den Strahlengang anordnen kann. Damit ist ein automatisches Auswechseln des diffraktiven Elements und somit ein automatisches Ändern der Pupillenausleuchtung möglich.Further can also have a changer for the diffractive element may be provided, in which case the Changer also contains different diffractive elements, the he can selectively arrange in the beam path. This is an automatic replacement of the diffractive element and thus an automatic change of Pupil illumination possible.

Ferner können mehrere diffraktive Elemente hintereinander angeordnet sein. So können die diffraktiven Elemente beispielsweise als Hologramme ausgebildet sein. Mit zwei Hologrammen ist es grundsätzlich möglich, aus einer beliebigen bekannten räumlichen Energieverteilung eine andere beliebig vorgegebene Energieverteilung (bezogen auf die räumliche Verteilung und die Winkelverteilung) zu erzeugen. Dabei muß der Fachmann lediglich die Parameter für die beugenden Strukturen und der räumlichen Anordnung der beiden Hologramme gemäß seinem Fachwissen geeignet wählen.Further can several diffractive elements can be arranged one behind the other. So can the diffractive elements formed for example as holograms be. With two holograms it is possible in principle, from any one known spatial Energy distribution another arbitrary predetermined energy distribution (related to the spatial Distribution and the angular distribution). In this case, the expert only the parameters for the diffractive structures and the spatial arrangement of the two Holograms according to his Choose appropriate expertise.

Die Quelle zur Erzeugung des optischen Strahlenbündels kann insbesondere eine Quelle zur Erzeugung kohärenter Strahlung sein. Die Quelle kann Strahlung im fernen oder nahen Infrarotbereich, im sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich (bis 100 nm) oder auch darunter im Bereich liegen, der in der Halbleiterlithographie als EUV-Bereich bezeichnet wird.The A source for generating the optical beam can in particular a Source for generating coherent Be radiation. The source may be far or near infrared radiation, in the visible and ultraviolet spectral range (up to 100 nm) or are also in the range, which in semiconductor lithography is referred to as the EUV area.

Die Vorrichtung kann zusammen mit dem optischen System eine Beleuchtungseinrichtung bilden. Insbesondere bildet sie eine Mikroskop-Beleuchtungseinrichtung. Es wird dann eine Beleuchtungseinrichtung bereitgestellt, bei der die Ausleuchtung der Pupille gemäß einer vorbestimmten Ausleuchtung verwirklicht werden kann, ohne allzu große Lichtverluste in Kauf nehmen zu müssen.The Device may together with the optical system, a lighting device form. In particular, it forms a microscope illumination device. There is then provided a lighting device in which the illumination of the pupil according to a predetermined illumination can be realized without too much big light losses to have to accept.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe noch gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung einer vorbestimmten Ausleuchtung einer Pupille eines optischen Systems, bei dem ein optisches Strahlenbündel erzeugt und so gebeugt wird, daß die gewünschte Ausleuchtung der Pupille vorliegt.According to the invention Task still solved by a method for generating a predetermined illumination a pupil of an optical system in which generates an optical beam and is bent so that the desired Illumination of the pupil is present.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielshalber anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:The The invention will be described by way of example with reference to drawings even closer explained. It demonstrate:

1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung einer vorbestimmten Ausleuchtung einer Pupille eines optischen Systems; 1 a schematic view of a first embodiment of a device for generating a predetermined illumination of a pupil of an optical system;

2 eine schematische Darstellung eines Beleuchtungssystem mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 2 a schematic representation of a lighting system with the device according to the invention;

3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung einer vorbestimmten Ausleuchtung einer Pupille eines optischen System; 3 a schematic representation of another embodiment of the apparatus for generating a predetermined illumination of a pupil of an optical system;

4 eine schematische Darstellung eines Korrektur-Prismas; 4 a schematic representation of a correction prism;

5 eine Abwandlung des Prismas von 4; 5 a modification of the prism of 4 ;

6 eine weitere Abwandlung des Prismas von 5; 6 another modification of the prism of 5 ;

7 eine schematische Darstellung zur Erzeugung einer Dipolausleuchtung, und 7 a schematic representation for generating a dipole illumination, and

8 eine Draufsicht der Dipolblende von 7. 8th a top view of the dipole of 7 ,

Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung zur Erzeugung einer vorbestimmen Ausleuchtung einer Pupille eines optischen Systems eine Quelle 1, die ein optisches Strahlenbündel mit einer Wellenlänge im Bereich von 193–365 nm (beispielsweise 193 nm, 248 nm oder 365 nm) abgibt, das auf ein der Quelle 1 nachgeordnetes diffraktives Element 2 trifft, wobei der größte Teil des Strahlenbündels S in die erste Beugungsordnung (schwarze Pfeile) des diffraktiven Elements 2 gebeugt wird. Der restliche Teil wird hauptsächlich in die nullte Beugungsordnung (weiße Pfeile) gebeugt. Das diffraktive Element kann beispielsweise konzentrischen zur optischen Achse OA angeordnete Kreisringe aufweisen.At the in 1 In the embodiment shown, the device for generating a predetermined illumination of a pupil of an optical system comprises a source 1 which emits an optical beam having a wavelength in the range of 193-365 nm (for example, 193 nm, 248 nm, or 365 nm) that is incident on one of the sources 1 downstream diffractive element 2 where most of the beam S is in the first diffraction order (black arrows) of the diffractive element 2 is bent. The remaining part is bent mainly in the zeroth order of diffraction (white arrows). The diffractive element may, for example, have concentric circular rings arranged with respect to the optical axis OA.

Dem diffraktiven Element 2 ist ein Optikmodul 3 nachgeordnet, das hier zwei Linsen 4 und 5 aufweist, die jeweils entlang der optischen Achse OA bewegbar sind und als Zoomoptik wirken. Die Bewegbarkeit der Linsen 4 und 5 entlang der optischen Achse ist durch die Doppelpfeile P1 und P2 angedeutet.The diffractive element 2 is an optics module 3 downstream, this two lenses 4 and 5 which are each movable along the optical axis OA and act as zoom optics. The mobility of the lenses 4 and 5 along the optical axis is indicated by the double arrows P1 and P2.

Das mittels dem diffraktiven Element 2 und der Zoomoptik 3 umgeformte Strahlenbündel gelangt dann zur Pupille P (bzw. Pupillenebene), wobei in der Pupille eine gewünschte Ausleuchtung vorliegt. Unter Ausleuchtung wird hier verstanden, daß eine vorgegebene örtliche und winkelmäßige Verteilung des Strahlungsbildes des Strahlenbündels S in der Pupille P vorliegt, wobei sich diese Energieverteilung von Ort zu Ort auch in der Winkelverteilung unterscheiden kann. Um die unerwünschte nullte Beugungsordnung des diffraktiven Elementes nicht in den der Pupille P nachfolgenden Strahlengang gelangen zu lassen, ist in der Pupille P eine zentral angeordnete Abschattungsblende 6 vorgesehen.That by means of the diffractive element 2 and the zoom optics 3 transformed bundles of rays then pass to the pupil P (or pupil plane), whereby a desired illumination exists in the pupil. Under illumination is understood here that a given local and angular distribution of the radiation image of the beam S is present in the pupil P, which energy distribution may differ from place to place in the angular distribution. In order not to allow the unwanted zeroth diffraction order of the diffractive element to pass into the beam path following the pupil P, a centrally arranged shading diaphragm is provided in the pupil P. 6 intended.

Die Zoomoptik 3 dient dazu, aus der räumlichen Energieverteilung des Strahlenbündels S (also aus der Strahlung der ersten Beugungsordnung des diffraktiven Elementes 2) eine räumliche Energieverteilung (bzw. Ausleuchtung) in der Pupille P mit ähnlichen Parametern zu erzeugen. Es kann beispielsweise eine unterschiedliche räumliche Skalierung gekoppelt mit einer unterschiedlichen Winkelverteilung über die Zoomoptik 3 eingestellt werden.The zoom optics 3 serves to, from the spatial energy distribution of the beam S (ie from the radiation of the first diffraction order of the diffractive element 2 ) to generate a spatial energy distribution (or illumination) in the pupil P with similar parameters. For example, a different spatial scaling coupled with a different angular distribution via the zoom optics 3 be set.

In 2 ist schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Erzeugung einer vorbestimmten Ausleuchtung einer Pupille eines optischen Systems gezeigt, bei dem die Vorrichtung zusammen mit dem optischen System eine Mikroskop-Beleuchtungseinrichtung bildet.In 2 schematically an embodiment of the device for generating a predetermined illumination of a pupil of an optical system is shown, in which the device forms a microscope illumination device together with the optical system.

Die Beleuchtungseinrichtung umfaßt zusätzlich zu den in Verbindung mit 1 beschriebenen Elemente noch eine zwischen dem Laser 1 und dem diffraktiven Element 2 angeordnete Strahlführungsoptik 7 (einschließlich Homogenisierer) sowie ein zweites Zoommodul 8, eine Feldblende 9, ein Umlenkspiegel 10, und ein Beleuchtungsobjektiv 11, die in dieser Reihenfolge der Pupille P nachgeordnet sind. Mit dieser Beleuchtungseinrichtung kann eine Probe PR (z.B. eine zu untersuchende Lithographiemaske für die Halbleiterfertigung) beleuchtet werden. In der Pupille ist eine Aperturblende 12 angeordnet (die Abschattungsblende 6 ist zur Vereinfachung der Darstellung in 2 nicht dargestellt), um ein konturenscharfes Blendenbild in der Pupille erzeugen zu können. Das zweite Zoommodul 8 dient hauptsächlich dazu, die gewünschte Größe der effizient ausgeleuchteten Blende 12 auf der Probe PR zu erzeugen.The lighting device comprises in addition to those in connection with 1 one more elements between the laser 1 and the diffractive element 2 arranged beam guiding optics 7 (including homogenizer) and a second zoom module 8th , a field stop 9 , a deflecting mirror 10 , and a lighting lens 11 , which are subordinate in this order of the pupil P. With this illumination device, a sample PR (for example, a lithography mask to be examined for the semiconductor production) can be illuminated. In the pupil is an aperture stop 12 arranged (the shading panel 6 is to simplify the illustration in 2 not shown) in order to produce a contour sharp aperture image in the pupil can. The second zoom module 8th This is mainly used to set the desired size of the efficiently illuminated aperture 12 to produce PR on the sample.

In 3 ist eine Weiterbildung der Vorrichtung zur Erzeugung einer vorbestimmten Ausleuchtung einer Pupille eines optischen Systems dargestellt, wobei die Darstellung ähnlich zu 1 ist und gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Zu deren Beschreibung wird auf die obige Beschreibung zu 1 verwiesen.In 3 a development of the device for generating a predetermined illumination of a pupil of an optical system is shown, wherein the representation similar to 1 is and like elements are designated by like reference numerals. For the description thereof, reference is made to the above description 1 directed.

Im Unterschied zu der Vorrichtung von 1 ist bei der Vorrichtung in 3 in der Pupille P eine zusätzliche strukturierte Blende 13 vorgesehen, mit der die geometrische Form der Ausleuchtung der Pupille beeinflußt wird. Ferner kann zwischen dem diffraktiven Element 2 und der Pupille P noch eine zusätzliche Blende (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die die geometrische Form der Ausleuchtung in der Pupille und/oder das Winkelspektrum der Ausleuchtung beeinflußt.Unlike the device of 1 is in the device in 3 in the pupil P an additional structured aperture 13 provided, with which the geometric shape of the illumination of the pupil is influenced. Furthermore, between the diffractive element 2 and the pupil P still an additional aperture (not shown) may be provided which affects the geometric shape of the illumination in the pupil and / or the angular spectrum of the illumination.

Das diffraktive Element 2 von 1, 2 und 3 kann so ausgebildet sein, daß es eine laterale (also quer zur optischen Achse OA) Verschiebungsinvarianz aufweist. Dies erleichtert die Justierung des diffraktiven Elementes.The diffractive element 2 from 1 . 2 and 3 may be formed so that it has a lateral (ie transverse to the optical axis OA) displacement invariance. This facilitates the adjustment of the diffractive element.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist das diffraktive Element 2 stets senkrecht zur optischen Achse angeordnet. Es ist auch möglich, das diffraktive Element 2 so anzuordnen, daß es nicht senkrecht zur optischen Achse OA ist. Dies kann dazu genutzt werden, daß die nullte Beugungsordnung nicht in die Pupille gelangt. In diesem Fall kann auf die Abschattungsblende 6 verzichtet werden.In the described embodiment, the diffractive element 2 always arranged perpendicular to the optical axis. It is also possible to use the diffractive element 2 to be arranged so that it is not perpendicular to the optical axis OA. This can be used so that the zeroth diffraction order does not enter the pupil. In this case, the shading aperture can 6 be waived.

Ferner ist es möglich, daß auch das diffraktive Element 2 entlang der optischen Achse OA verschiebbar angeordnet ist. Insbesondere kann dazu ein Aktuator (nicht eingezeichnet) vorgesehen sein, der die gewünschte Verschiebung bewirkt. Wenn das diffraktive Element 2 beispielsweise so ausgebildet ist, daß es das einfallende Strahlenbündel S in einen Kreiskegel mit gegebenem inneren und äußeren Kegelwinkel umwandelt, so bewirkt eine Verschiebung des diffraktiven Elements 2 entlang der optischen Achse OA, daß sich die kreisringförmige Ausleuchtung in der Pupille P in ihrer Größe ändert, wobei jedoch das Verhältnis von innerem zur äußerem Durchmesser konstant bleibt.Furthermore, it is possible that the diffractive element 2 slidably disposed along the optical axis OA. In particular, an actuator (not shown) can be provided for this purpose, which effects the desired displacement. If the diffractive element 2 For example, is designed so that it converts the incident beam S into a circular cone with a given inner and outer cone angle, so causes a displacement of the diffractive element 2 along the optical axis OA, the circular illumination in the pupil P changes in size, but the ratio of inner to outer diameter remains constant.

Wird die Pupille noch mit einem geeigneten prismenartigen Ring versehen, so wird auch die Neigung des Kegelbündels korrigiert, so daß in der Pupille eine ringförmige Lichtquelle entstanden ist, die in einem gegebenen Winkelbereich, abstrahlt. Die Schwerstrahlen aller dieser Bündel sind beispielsweise symmetrisch zur optischen Achse OA (beispielsweise parallel) angeordnet.Becomes the pupil still provided with a suitable prism-like ring, so also the inclination of the cone bundle is corrected, so that in the Pupil an annular Light source has arisen, which in a given angular range, radiates. The beams of all these bundles are symmetrical, for example to the optical axis OA (for example, parallel) arranged.

In 4 ist ein solcher prismatischer Ring 14 schematisch in Verbindung mit dem diffraktiven Element 2 gezeigt. Das diffraktive Element, das beispielsweise als Ringgitter ausgebildet sein kann, erzeugt das Kegelbündel, das auf den prismenartigen Ring 14 (auch Axicon genannt) trifft und die gewünschte ringförmige Lichtquelle in der Pupille erzeugt.In 4 is such a prismatic ring 14 schematically in conjunction with the diffractive element 2 shown. The diffractive element, which may be formed, for example, as a ring grid, generates the cone bundle, which on the prism-like ring 14 (also called axicon) hits and produces the desired annular light source in the pupil.

In 15 ist eine Abwandlung des prismenartigen Rings 14 von 4 gezeigt. Auf der dem diffraktiven Element 2 zugewandten Seite weist das Axicon 15 eine Abflachung 16 auf, die beispielsweise geschwärzt sein kann, so daß sie als Blende für die nullte Beugungsordnung dient.In 15 is a modification of the prism-like ring 14 from 4 shown. On the diffractive element 2 facing side has the axicon 15 a flattening 16 which may be blackened, for example, so as to serve as a stop for the zeroth order of diffraction.

In 6 ist eine weitere Abwandlung des Axicons gezeigt. Dieses Axicon 17 weist ebenfalls eine Abflachung 16 sowie zwei unterschiedliche Neigungswinkel in einem ersten Abschnitt 18 und einen daran anschließenden zweiten Abschnitt 19 auf. Dieses Axicon 17 wird für den Fall eingesetzt, daß das diffraktive Element 2 aus dem einfallenden Strahlenbündel zwei Kreiskegel mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln erzeugt, wobei jedem der beiden Kreiskegel eine der beiden Abschnitte 18 und 19 zugeordnet ist, so daß zwei (bevorzugt konzentrische) ringförmige Lichtquellen mit unterschiedlichem Durchmesser in der Pupille erzeugt werden können.In 6 a further modification of the axicon is shown. This axicon 17 also has a flattening 16 and two different angles of inclination in a first section 18 and a subsequent second section 19 on. This axicon 17 is used in the event that the diffractive element 2 from the incident beam produces two circular cone with different opening angles, each of the two circular cone one of the two sections 18 and 19 is assigned, so that two (preferably concentric) annular light sources can be produced with different diameters in the pupil.

In 7 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem mittels dem diffraktiven Element 2 eine Dipolbeleuchtung bzw. -ausleuchtung in der Pupille erzeugt werden kann. Dazu weist das diffraktive Element 2 zwei Blaze-Strukturen mit unterschiedlichen Perioden auf, so daß das einfallende Strahlenbündel S in zwei Strahlenbündel S1 und S2 mit unterschiedlichen Beugungswinkeln aufgeteilt wird. Dabei kann es sich bei dem Strahl S1 um die erste Beugungsordnung der ersten Blaze-Struktur und bei dem Strahlenbündel S2 um die erste Beugung der zweiten Blaze-Struktur des diffraktiven Elements 2 handeln. Die nullte Beugungsordnung S0, die aufgrund der Blaze-Strukturen stark unterdrückt ist, gelangt nicht in die nachfolgende Optik 20, wie in 7 ersichtlich ist.In 7 is schematically shown an embodiment in which by means of the diffractive element 2 a dipole illumination in the pupil can be generated. This is indicated by the diffractive element 2 two blazed structures with different periods, so that the incident beam S is split into two beams S1 and S2 with different diffraction angles. In this case, the beam S1 may be the first diffraction order of the first blazed structure and the beam S2 may be the first diffraction of the second blazed structure of the diffractive element 2 act. The zeroth diffraction order S0, which is strongly suppressed due to the blaze structures, does not get into the subsequent optics 20 , as in 7 is apparent.

Die nachfolgende Optik 20 dient dazu, in der Pupille eine Dipolausleuchtung zu erzeugen, bei der die Ausrichtung der beiden Strahlenbündel S1 und S2 parallel ist. Zusätzlich ist noch eine optionale Dipolblende 21 eingezeichnet, die dazu dient, unerwünschtes Beugungslicht, das nicht zu der zu erzeugenden Dipolausleuchtung beiträgt, abzuschatten. In 8 ist eine Draufsicht auf die Dipolblende 21 gezeigt. Die Dipolblende 21 weist zwei Öffnungen 22 und 23 auf, um die gebeugten Strahlenbündel S1 und S2 ungehindert passieren zu lassen.The following optics 20 serves to create a dipole illumination in the pupil, in which the alignment of the two beams S1 and S2 is parallel. In addition, there is an optional dipole aperture 21 drawn, which serves to shade unwanted diffraction light, which does not contribute to the Dipolausleuchtung to be generated. In 8th is a plan view of the dipole aperture 21 shown. The dipole aperture 21 has two openings 22 and 23 to let the diffracted beams S1 and S2 pass unhindered.

Claims (13)

Vorrichtung zur Erzeugung einer vorbestimmten Ausleuchtung einer Pupille (P) eines optischen Systems, mit einer Quelle (1), die ein optisches Strahlenbündel (S) abgibt, und einem diffraktiven Element (2), das in einem Strahlengang von der Quelle (1) bis zur Pupille (P) angeordnet ist und das optische Strahlenbündel (S) so beugt, daß die gewünschte Ausleuchtung der Pupille (P) vorliegt.Device for generating a predetermined illumination of a pupil (P) of an optical system, with a source ( 1 ), which emits an optical beam (S), and a diffractive element ( 2 ) in a beam path from the source ( 1 ) is arranged to the pupil (P) and the optical beam (S) diffracts so that the desired illumination of the pupil (P) is present. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei zur Ausleuchtung zumindest eine vorbestimmte, nicht nullte Beugungsordnung des diffraktiven Elements (2) genutzt wird.Device according to Claim 1, in which at least one predetermined non-zero diffraction order of the diffractive element ( 2 ) is being used. Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, wobei zwischen dem diffraktiven Element (2) und der Pupille (P) ein abbildendes Optikmodul (3) vorgesehen ist, das insbesondere als Kollimator und/oder Zoomsystem ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein between the diffractive element ( 2 ) and the pupil (P) an imaging optical module ( 3 ) is provided, which is designed in particular as a collimator and / or zoom system. Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der in der Pupille (P) eine Blende (6) zur Abschattung der nullten Beugungsordnung des diffraktiven Elements angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein in the pupil (P) a diaphragm ( 6 ) is arranged for shading the zeroth diffraction order of the diffractive element. Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das diffraktive Element (2) entlang des Strahlengangs verschiebbar angeordnet ist, wobei insbesondere ein Aktuator zum Verschieben des diffraktiven Elements (2) vorhanden ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the diffractive element ( 2 ) is slidably disposed along the beam path, wherein in particular an actuator for moving the diffractive element ( 2 ) is available. Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, wobei das diffraktive Element eine laterale Verschiebungsinvarianz aufweist.Device according to one of the above claims, wherein the diffractive element has a lateral displacement invariance. Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der das diffraktive Element (2) nicht senkrecht zur optischen Achse (OA) des Strahlengangs angeordnet ist.Device according to one of the preceding claims, in which the diffractive element ( 2 ) is not arranged perpendicular to the optical axis (OA) of the beam path. Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei dem das diffraktive Element (2) als reflektives diffraktives Element (2) ausgebildet ist.Device according to one of the preceding claims, in which the diffractive element ( 2 ) as a reflective diffractive element ( 2 ) is trained. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das diffraktive Element (2) als transmissives diffraktives Element ausgebildet ist.Device according to one of claims 1 to 7, in which the diffractive element ( 2 ) is designed as a transmissive diffractive element. Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der im Strahlengang zumindest eine Blende (12, 13, 21) zur Beeinflussung der geometrischen Form der Ausleuchtung und/oder des Winkelspektrums der Ausleuchtung angeordnet ist.Device according to one of the above claims, in which at least one diaphragm (in the beam path) ( 12 . 13 . 21 ) is arranged to influence the geometric shape of the illumination and / or the angular spectrum of the illumination. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Blende (12, 13, 21) so ausgebildet ist, daß ihre Blendengeometrie einstellbar und veränderbar ist.Apparatus according to claim 10, wherein the Cover ( 12 . 13 . 21 ) is designed so that its diaphragm geometry is adjustable and changeable. Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei der die Vorrichtung zusammen mit dem optischen System eine Beleuchtungseinrichtung bildet, insbesondere eine Mikroskop-Beleuchtungseinrichtung.Device according to one of the above claims, at the device together with the optical system, a lighting device forms, in particular a microscope illumination device. Verfahren zur Erzeugung einer vorbestimmten Ausleuchtung einer Pupille eines optischen Systems, bei dem ein optisches Strahlenbündel erzeugt wird und mittels einem diffraktiven Element so gebeugt wird, daß die gewünschte Ausleuchtung in der Pupille vorliegt.Method for generating a predetermined illumination a pupil of an optical system in which an optical beam is generated and diffracted by a diffractive element so that the desired illumination present in the pupil.
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