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