RU2192028C1 - Catadioptric system - Google Patents

Catadioptric system Download PDF

Info

Publication number
RU2192028C1
RU2192028C1 RU2001108791A RU2001108791A RU2192028C1 RU 2192028 C1 RU2192028 C1 RU 2192028C1 RU 2001108791 A RU2001108791 A RU 2001108791A RU 2001108791 A RU2001108791 A RU 2001108791A RU 2192028 C1 RU2192028 C1 RU 2192028C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical system
raster
main optical
parts
refractive element
Prior art date
Application number
RU2001108791A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.А. Щетников
Я.М. Ашкиназий
А.С. Прытков
А.В. Чеглаков
В.А. Чеглаков
Ю.А. Юзвук
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Инсмат Технология"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Инсмат Технология" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Инсмат Технология"
Priority to RU2001108791A priority Critical patent/RU2192028C1/en
Priority to PCT/RU2002/000142 priority patent/WO2002082159A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2192028C1 publication Critical patent/RU2192028C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • G02B17/0856—Catadioptric systems comprising a refractive element with a reflective surface, the reflection taking place inside the element, e.g. Mangin mirrors
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/002—Arrays of reflective systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/008—Systems specially adapted to form image relays or chained systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B17/00—Systems with reflecting surfaces, with or without refracting elements
    • G02B17/08—Catadioptric systems
    • 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
    • G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
    • G02B27/144—Beam splitting or combining systems operating by reflection only using partially transparent surfaces without spectral selectivity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
  • Lenses (AREA)

Abstract

FIELD: optical instrumentation, information recording and reading. SUBSTANCE: proposed catadioptric system includes at least one refracting element in which zone of input surface object plane is organized, at least one beam splitting element and at least one reflecting surface which jointly form main optical system that is accomplished with autocollimation path of rays near specified reflecting surface. Refracting element of main optical system is divided into two spaced apart parts, as minimum, along separation surface of specified form. Main optical system is provided with optical component 10 in which central region above- mentioned beam splitting element is positioned and which is installed between specified parts of refracting element with potential for display with unit magnification of surfaces of separation of said parts. In addition catadioptric system is equipped with additional optical system with image plane organized across its output. Additional optical system is identical to main optical system by composition and configuration and is arranged in mirror symmetry to specified part of main optical system relative to division plane of beam splitting element. Aberrations acquired on surface of separation of one part of refracting element are compensated after refraction on surface of another part of refracting element. EFFECT: obtainment of wide flied of vision without deterioration of image quality. 6 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано для записи и считывания информации, например, в качестве объектива для сканирующего оптического микроскопа или в системах, где требуется высокое разрешение, таких как устройства для записи и считывания оптической информации на носителях оптической памяти, системы фотолитографии, принтеры с высоким разрешением, а также для изготовления топографических оптических элементов методом точечной печати. The invention relates to the field of optical instrumentation and can be used to write and read information, for example, as a lens for a scanning optical microscope or in systems where high resolution is required, such as devices for recording and reading optical information on optical memory media, photolithography systems , high-resolution printers, as well as for the manufacture of topographic optical elements by the method of spot printing.

Особенностью любой катадиоптрической системы является наличие в ней отражающих поверхностей, в частности сферической поверхности, вблизи которой лучи света распространяются практически по нормали к этой поверхности. При этом не вносится каких-либо искажений в ход световых лучей, т.е. не вносятся аберрации. A feature of any catadioptric system is the presence of reflective surfaces in it, in particular a spherical surface, near which light rays propagate almost normal to this surface. In this case, no distortions are introduced into the course of light rays, i.e. no aberrations are introduced.

Чем больше апертура катадиоптрической системы, тем выше разрешение, но при этом сложнее получить поле изображения достаточно больших размеров. Эта задача обычно решается смещением отображаемого объекта (предмета) с оптической оси системы, при этом ход лучей отклоняется от автоколлимационного хода. Если в качестве сферической поверхности используется сферическое зеркало, то оно вносит искажения в ход указанных лучей. Следовательно, поле зрения не может быть увеличено значительно. The larger the aperture of the catadioptric system, the higher the resolution, but it is more difficult to obtain an image field of a sufficiently large size. This problem is usually solved by shifting the displayed object (object) from the optical axis of the system, while the ray path deviates from the autocollimation course. If a spherical mirror is used as a spherical surface, then it introduces distortions in the course of these rays. Consequently, the field of view cannot be increased significantly.

В фотолитографии, например, обычно применяется известная катадиоптрическая система Дайсона, которая включает положительный оптический преломляющий элемент и сферическое зеркало, поверхности которых концентричны одна другой. Объект и изображение располагаются в зоне их общего центра кривизны, что не дает возможности получить изображение достаточно больших размеров. In photolithography, for example, the well-known Dyson catadioptric system is usually used, which includes a positive optical refractive element and a spherical mirror, the surfaces of which are concentric with each other. The object and the image are located in the zone of their common center of curvature, which makes it impossible to obtain an image of a sufficiently large size.

Наиболее близкой к заявленному объекту изобретения является катадиоптрическая система, описанная в патенте US 6133986 (опубл. 17.10.2000). Для увеличения поля зрения в этой системе применяется растровый оптический элемент и дополнительная оптическая система с большим полем зрения, но с небольшой апертурой, которая переносит изображение растрового элемента на отражающую поверхность. Дополнительная система может быть использована так же, как модулятор излучения, чтобы получать требуемые изображения, меняя положение зеркал электромеханическим способом. Closest to the claimed object of the invention is a catadioptric system described in patent US 6133986 (publ. 17.10.2000). To increase the field of view, this system uses a raster optical element and an additional optical system with a large field of view, but with a small aperture, which transfers the image of the raster element to a reflective surface. An additional system can be used in the same way as a radiation modulator to obtain the required images by changing the position of the mirrors in an electromechanical way.

Недостатком известной катадиоптрической системы является не очень высокая апертура линзового растра. Для получения высокой апертуры необходимо использовать очень сложные элементы растра, что является трудоемкой с технологической точки зрения задачей, или применять асферические поверхности. Обычно апертура линз растра составляет 0,2-0,3, а разрешение порядка 10-20 мкм. A disadvantage of the known catadioptric system is the not very high aperture of the lens raster. To obtain a high aperture, it is necessary to use very complex raster elements, which is a labor-intensive task from a technological point of view, or apply aspherical surfaces. Typically, the aperture of the raster lenses is 0.2-0.3, and the resolution is about 10-20 microns.

Задачей изобретения является создание такой катадиоптрической системы, с помощью которой можно получить большое поле изображения (поле зрения), не ухудшая при этом качества изображения. The objective of the invention is the creation of such a catadioptric system with which you can get a large image field (field of view), without compromising image quality.

Поставленная задача достигается посредством того, что в катадиоптрической системе, включающей, по меньшей мере, один преломляющий элемент, в зоне входной поверхности которого организуется предметная плоскость, по меньшей мере, один светоделительный элемент и, по меньшей мере, одну отражающую поверхность, образующие основную оптическую систему, которая выполнена с автоколлимационным ходом лучей вблизи указанной отражающей поверхности, согласно изобретению преломляющий элемент основной оптической системы разделен на, по меньшей мере, две разнесенные в пространстве части по поверхности раздела заданной формы, основная оптическая система снабжена: оптической компонентой, в центральной области которой размещен упомянутый светоделительный элемент и которая установлена между указанными частями преломляющего элемента с возможностью отображения с единичным увеличением поверхности раздела указанных частей одна на другую; кроме того, катадиоптрическая система снабжена дополнительной оптической системой с организованной на ее выходе плоскостью изображения; при этом дополнительная оптическая система выполнена идентично по составу и конфигурации части основной оптической системы, размещенной между предметной плоскостью и светоделительным элементом, и расположена зеркально-симметрично упомянутой части основной оптической системы относительно делительной плоскости светоделительного элемента. The problem is achieved by the fact that in a catadioptric system comprising at least one refractive element, in the area of the input surface of which is organized an object plane, at least one beam splitting element and at least one reflective surface forming the main optical a system that is made with an autocollimation path of rays near the specified reflective surface, according to the invention, the refractive element of the main optical system is divided into at least ve spaced apart parts by a predetermined surface shape section, the main optical system provided with: the optical component in the central region which houses said beam splitter and is installed between said parts, with the refracting element with unit magnification display interface of said parts to one another; in addition, the catadioptric system is equipped with an additional optical system with an image plane organized at its output; wherein the additional optical system is identical in composition and configuration to a part of the main optical system located between the subject plane and the beam splitting element, and is located mirror-symmetrically mentioned part of the main optical system relative to the dividing plane of the beam splitting element.

Оптимально, чтобы отражающая поверхность была сформирована на соответствующей части преломляющего элемента
Допустимо, чтобы поверхность раздела преломляющего элемента и отражающая поверхность были выполнены сферической формы.It is optimal for a reflective surface to be formed on the corresponding part of the refractive element
It is acceptable that the interface between the refractive element and the reflective surface are spherical in shape.

Оптимально, чтобы преломляющий элемент был выполнен в виде линзового растра, а поверхность раздела каждой из двух его пространственно разделенных частей была выполнена в виде растровых ячеек, периодически повторяющих форму поверхности соответствующих им участков линзового растра, при этом отражающая поверхность должна быть сформирована по форме профиля линзового растра. It is optimal that the refractive element was made in the form of a lens raster, and the interface of each of its two spatially separated parts was made in the form of raster cells periodically repeating the surface shape of their respective sections of the lens raster, while the reflecting surface should be formed according to the shape of the lens profile raster.

В ряде случаев необходимо, чтобы катадиоптрическая система дополнительно содержала совокупность плоских зеркал, которые должны быть установлены по ходу лучей основной и дополнительной оптических систем с возможностью обеспечения совмещения предметной плоскости с плоскостью изображения. In some cases, it is necessary that the catadioptric system additionally contains a set of flat mirrors, which must be installed along the rays of the primary and secondary optical systems with the possibility of combining the subject plane with the image plane.

Для вышеуказанного варианта выполнения катадиоптрической системы линзовый растр, в частности, может быть выполнен с кольцевым расположением линз, при этом обе части растра основной оптической системы вместе с частью растра дополнительной оптической системы должны быть установлены на общем основании с возможностью вращения относительно их общей оси, а схема оптической взаимосвязи составляющих ее компонентов должна быть организована с возможностью обеспечения продольного увеличения (системы в целом), равного двум. For the above embodiment of the catadioptric system, the lens raster, in particular, can be made with an annular arrangement of the lenses, while both parts of the raster of the main optical system together with part of the raster of the additional optical system must be mounted on a common base with the possibility of rotation about their common axis, and the optical interconnection scheme of its constituent components should be organized with the possibility of ensuring a longitudinal increase (of the system as a whole) equal to two.

Изобретение поясняется графическими материалами. The invention is illustrated in graphic materials.

На фиг. 1 представлен один из возможных вариантов выполнения преломляющего элемента, разделенного на две части по поверхности раздела сферической формы. In FIG. 1 shows one of the possible embodiments of the refractive element, divided into two parts along the interface of a spherical shape.

На фиг.2 и фиг.3 представлены возможные принципиальные схемы катадиоптрической системы с разделением предметной плоскости и плоскости изображения в пространстве (с использованием преломляющего элемента по фиг.1 и в виде линзового растра соответственно). Figure 2 and figure 3 presents possible schematic diagrams of a catadioptric system with the separation of the subject plane and the image plane in space (using the refractive element of figure 1 and in the form of a lens raster, respectively).

На фиг.4 и фиг.5 представлены возможные принципиальные схемы катадиоптрической системы с линзовым растром и с совмещенными (посредством системы плоских зеркал) предметной плоскостью и плоскостью изображения. Figure 4 and figure 5 presents possible schematic diagrams of a catadioptric system with a lens raster and combined (through a system of flat mirrors) the subject plane and the image plane.

На фиг. 6 представлен линзовый растр для схемы по фиг.5. In FIG. 6 shows a lens raster for the circuit of FIG. 5.

На фиг.7 и фиг.8 представлен возможный вариант выполнения линзового растра на подложке полусферической формы (до и после соответственно разнесения его частей в пространстве). In Fig.7 and Fig.8 presents a possible embodiment of a lens raster on a hemispherical substrate (before and after respectively spacing its parts in space).

Катадиоптрическая система включает, по меньшей мере, один преломляющий элемент 1, в зоне входной поверхности 2 которого организуется предметная плоскость 3; по меньшей мере, один светоделительный элемент 4 и, по меньшей мере, одну отражающую поверхность 5, образующие основную оптическую систему 6, которая (система 6) выполнена с автоколлимационным ходом лучей вблизи указанной отражающей поверхности 5. Преломляющий элемент 1 основной оптической системы 6 разделен на две разнесенные в пространстве части 7 и 8 по поверхности 9 и 91 раздела (соответственно) заданной формы. Основная оптическая система 6 снабжена: оптической компонентой 10, в центральной области которой размещен упомянутый светоделительный элемент 4 и которая (т.е. компонента 10) установлена между указанными частями 7 и 8 преломляющего элемента 1 с возможностью отображения с единичным увеличением поверхности 9 и 91 раздела указанных частей 7 и 8 (соответственно) одна на другую. Кроме того, катадиоптрическая система снабжена дополнительной оптической системой 11 с организованной на ее выходе плоскостью 12 изображения. Дополнительная оптическая система 11 расположена зеркально-симметрично соответствующей части основной оптической системы 6 относительно делительной плоскости 13 светоделительного элемента 4 и выполнена идентично как по составу, так и по конфигурации упомянутой части основной оптической системы 6, которая (т.е. упомянутая часть) размещена между предметной плоскостью 3 и светоделительным элементом 4.The catadioptric system includes at least one refractive element 1, in the area of the input surface 2 of which an object plane 3 is organized; at least one beam splitting element 4 and at least one reflecting surface 5 forming the main optical system 6, which (system 6) is made with an autocollimation beam near the specified reflecting surface 5. The refractive element 1 of the main optical system 6 is divided into two parts 7 and 8 spaced in space over the surface 9 and 9 of a section (respectively) of a given shape. The main optical system 6 is equipped with: an optical component 10, in the central region of which the aforementioned beam splitting element 4 is located and which (i.e., component 10) is installed between the indicated parts 7 and 8 of the refractive element 1 with the possibility of displaying with a single increase in the surface 9 and 9 1 section of the specified parts 7 and 8 (respectively) one to another. In addition, the catadioptric system is equipped with an additional optical system 11 with an image plane 12 organized at its output. The additional optical system 11 is located mirror-symmetrically corresponding to the part of the main optical system 6 relative to the dividing plane 13 of the beam splitting element 4 and is identical in composition and configuration to the said part of the main optical system 6, which (i.e., the said part) is located between subject plane 3 and a beam splitting element 4.

Отражающая поверхность 5, как правило, формируется на соответствующей части 8 преломляющего элемента 1. The reflective surface 5 is typically formed on the corresponding part 8 of the refractive element 1.

Согласно одному из частных вариантов выполнения (фиг.1 и фиг.2) поверхность 9 и 91 раздела преломляющего элемента 1 и отражающая поверхность 5 могут быть выполнены сферической формы.According to one particular embodiment (FIG. 1 and FIG. 2), the partition surface 9 and 9 1 of the refractive element 1 and the reflective surface 5 can be made spherical.

Согласно другому варианту выполнения (например, фиг.3, фиг.4, фиг.5, фиг. 6) преломляющий элемент 1 может быть выполнен в виде линзового растра 14. В этом случае поверхность 9 и 91 раздела каждой из двух его пространственно разделенных частей 7 и 8 (соответственно) выполнена в виде растровых ячеек 15 и 16, периодически повторяющих форму поверхности соответствующих им участков линзового растра 14, при этом отражающая поверхность 5 сформирована на части 8 по форме профиля линзового растра 14.According to another embodiment (for example, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6), the refractive element 1 can be made in the form of a lens raster 14. In this case, the surface 9 and 9 1 of the separation of each of its two spatially separated parts 7 and 8 (respectively) is made in the form of raster cells 15 and 16, periodically repeating the surface shape of their respective sections of the lens raster 14, while the reflective surface 5 is formed on part 8 according to the shape of the profile of the lens raster 14.

Катадиоптрическая система согласно частным вариантам выполнения (например, по фиг. 4 и фиг.3) может дополнительно содержать совокупность плоских зеркал 17, которые должны быть установлены по ходу лучей основной и дополнительной оптических систем 6 и 11 (соответственно) с возможностью обеспечения совмещения предметной плоскости 3 с плоскостью изображения 12. The catadioptric system according to particular embodiments (for example, as shown in FIG. 4 and FIG. 3) may further comprise a plurality of flat mirrors 17, which must be installed along the rays of the primary and secondary optical systems 6 and 11 (respectively) with the possibility of combining the subject plane 3 with an image plane of 12.

Линзовый растр 14 может быть выполнен с кольцевым расположением линз (фиг. 5 и фиг. 6), при этом обе части 7 и 8 растра 14 основной оптической системы 6 вместе с частями 151 растра 18 дополнительной оптической системы 11 устанавливаются на общем основании 19 с возможностью вращения относительно их общей оси 20. В этом случае оптимально, чтобы схема оптической взаимосвязи составляющих катадиоптрическую систему компонентов была организована с возможностью обеспечения продольного увеличения (системы в целом), равного двум.The lens raster 14 can be made with an annular arrangement of lenses (Fig. 5 and Fig. 6), while both parts 7 and 8 of the raster 14 of the main optical system 6 together with parts 15 1 of the raster 18 of the additional optical system 11 are installed on a common base 19 s the possibility of rotation relative to their common axis 20. In this case, it is optimal for the optical interconnection scheme of the components of the catadioptric system to be organized with the possibility of providing a longitudinal increase (of the system as a whole) equal to two.

Физический принцип действия (работы) патентуемой катадиоптрической системы заключается в следующем. The physical principle of action (work) of the patented catadioptric system is as follows.

Особенностью заявленного объекта изобретения является разделение преломляющего элемента 1 катадиоптрической системы на две части 7 и 8, как показано, например, на фиг.1, где обе части 7 и 8 размещены оппозитно одна другой с небольшим зазором. В этом случае лучи света, исходящие от расположенного в предметной плоскости 3 объекта 21 (размещенного в центре кривизны отражающей сферической поверхности 5), проходят через поверхности 9 и 91 раздела практически без искажений. Отразившись от отражающей поверхности 5, световые лучи по тем же траекториям возвращаются обратно в центр кривизны оптической системы, формируя изображение там же, где размещен объект 21.A feature of the claimed object of the invention is the separation of the refractive element 1 of the catadioptric system into two parts 7 and 8, as shown, for example, in FIG. 1, where both parts 7 and 8 are placed opposite each other with a small gap. In this case, light rays emanating from the object located in the object plane 3 21 (placed at the center of curvature of the spherical reflecting surface 5), pass through the surfaces 9 and 9 1 sections substantially without distortion. Reflected from the reflecting surface 5, the light rays along the same paths return back to the center of curvature of the optical system, forming an image in the same place as the object 21.

Согласно изобретению для того, чтобы разнести объект 21 и его изображение 211 в пространстве, указанные части 7 и 8 преломляющего элемента 1 пространственно разнесены вдоль оптической оси на некоторое расстояние, как показано на фиг. 2. Между ними размещается оптическая компонента 10, включающая светоделительный элемент 4. Эта компонента 10 основной оптической системы 6 имеет небольшую апертуру, но достаточно большое поле зрения.According to the invention, in order to explode the object 21 and its image 21 1 in space, said parts 7 and 8 of the refractive element 1 are spatially spaced along the optical axis by a certain distance, as shown in FIG. 2. Between them is an optical component 10, including a beam splitter 4. This component 10 of the main optical system 6 has a small aperture, but a sufficiently large field of view.

Поверхность 9 и 91 раздела преломляющего элемента 1 должна иметь такую форму, чтобы выходящие из какой-либо части 7 или 8 преломляющего элемента 1 световые лучи проходили до входа в оптическую компоненту 10 примерно параллельно оптической оси основной оптической системы 6, как показано на фиг.2.The section surface 9 and 9 1 of the refractive element 1 must be shaped so that light rays emerging from any part 7 or 8 of the refractive element 1 pass before entering the optical component 10 approximately parallel to the optical axis of the main optical system 6, as shown in FIG. 2.

Посредством указанной компоненты 10 поверхность 9 раздела первой части 7 преломляющего элемента 1 отображается на поверхность 91 раздела второй части 8 этого элемента 1 с единичным увеличением. То есть любая точка объекта 21 с поверхности 9 части 7 переходит в соответствующую ей точку на поверхности 91 части 8 без каких-либо искажений.By means of said component 10, the interface 9 of the first part 7 of the refractive element 1 is mapped onto the interface 9 1 of the second part 8 of this element 1 with a unit magnification. That is, any point of the object 21 from the surface 9 of part 7 goes to its corresponding point on the surface 9 1 of part 8 without any distortion.

Катадиоптрическая система работает следующим образом. Лучи света от объекта 21 (находящегося в предметной плоскости 3) проходят через первую часть 7 преломляющего элемента 1, затем через оптическую компоненту 10 со светоделительным элементом 4 (находящимся, например, в центре указанной компоненты 10) и попадают на поверхность 91 раздела второй части 8 преломляющего элемента 1. После преломления на указанной поверхности 91 (части 8) аберрации, приобретенные на поверхности 9 (части 7) раздела, компенсируются. Пройдя через вторую часть 8 преломляющего элемента 1, световые лучи автоколлимационно попадают на сферическую (фиг.2) отражающую поверхность 5, выполненную на упомянутой второй части 8. Отразившись, лучи проходят тот же путь (в обратном направлении) до делительной плоскости 13 светоделительного элемента 4, от которой они отражаются по направлению к дополнительной оптической системе 11. В процессе прохождения дополнительной оптической системы 11 световые лучи восстановят идеальное изображение 211 объекта 21 на выходной плоскости (или плоскости 12 изображения) элементов 151 (растра 18) дополнительной оптической системы 11 (идентичного части 7 основной оптической системы 6, например, по фиг. 3) за счет компенсации на поверхности раздела (входной поверхности) элементов 151 (растра 18) тех аберраций, которые были приобретены при выходе лучей из части 8 преломляющего элемента 1 на поверхности 91 раздела этой части 8.The catadioptric system works as follows. The rays of light from the object 21 (located in the object plane 3) pass through the first part 7 of the refractive element 1, then through the optical component 10 with the beam splitting element 4 (located, for example, in the center of the specified component 10) and fall on the surface 9 1 of the second section 8 of the refractive element 1. After refraction on the indicated surface 9 1 (part 8), the aberrations acquired on the surface 9 (part 7) of the section are compensated. After passing through the second part 8 of the refractive element 1, the light rays autocollimation fall on a spherical (figure 2) reflecting surface 5, made on the second part 8. Reflected, the rays pass the same path (in the opposite direction) to the dividing plane 13 of the beam splitting element 4 from which they are reflected towards the additional optical system 11. During the passage of the additional optical system 11, the light rays will restore the perfect image 21 1 of the object 21 on the output plane (or plane 1 2 images) of the elements 15 1 (raster 18) of the additional optical system 11 (identical to part 7 of the main optical system 6, for example, in FIG. 3) due to compensation at the interface (input surface) of the elements 15 1 (raster 18) of those aberrations, which were acquired when the rays exited from part 8 of the refractive element 1 on the surface 9 1 of the section of this part 8.

Таким образом, сохраняя высокое качество изображения, данная катадиоптрическая система позволяет получить широкое поле изображения за счет разнесения в пространстве прямого и обратного хода световых лучей. Thus, while maintaining high image quality, this catadioptric system allows you to get a wide field of the image due to the diversity in the space of the forward and reverse light rays.

Как ранее указывалось, преломляющий элемент 1 может быть выполнен в виде линзового растра 14 (например, фиг.3), разделенного на первую и вторую части 7 и 8 соответственно по поверхности раздела 9 и 91 (соответственно), периодически повторяющей свою форму в каждой ячейке 15 и 16 растра 14. Каждая ячейка 16 растра 14 имеет отражающую поверхность в виде участка сферической поверхности. Оптическая компонента 10 обладает малой апертурой, но широким полем зрения и содержит симметричный светоделительный элемент 4, например, в виде светоделительного кубика. Для подсветки светоделительного элемента 4 целесообразно использовать дополнительный источник 22 света с системой 23 линз.As previously indicated, the refractive element 1 can be made in the form of a lens raster 14 (for example, figure 3), divided into first and second parts 7 and 8, respectively, along the interface 9 and 9 1 (respectively), periodically repeating its shape in each cell 15 and 16 of the raster 14. Each cell 16 of the raster 14 has a reflective surface in the form of a portion of a spherical surface. The optical component 10 has a small aperture, but a wide field of view and contains a symmetrical beam splitting element 4, for example, in the form of a beam splitting cube. To illuminate the beam splitting element 4, it is advisable to use an additional light source 22 with a system of 23 lenses.

Поскольку в рассматриваемой катадиоптрической системе ход световых лучей восстанавливается в плоскости 12 изображения, размещенной в зоне выходной поверхности растра 18 дополнительной оптической системы 11, идентичного первой части 7 преломляющего элемента 1 (например, выполненного в виде линзового растра 14 согласно, например, фиг.3) основной оптической системы 6, то в каждой элементарной ячейке растров 14 и 18 можно использовать простейшие линзы со сферическими поверхностями. При этом достигается апертура от 0,65 до 0,8, а разрешение изображения можно получить на уровне половины длины волны излучения. Since in the considered catadioptric system the path of light rays is restored in the image plane 12 located in the region of the output surface of the raster 18 of the additional optical system 11, which is identical to the first part 7 of the refractive element 1 (for example, made in the form of a lens raster 14 according to, for example, Fig. 3) the main optical system 6, then in each unit cell of the rasters 14 and 18, you can use the simplest lenses with spherical surfaces. In this case, an aperture of 0.65 to 0.8 is achieved, and the image resolution can be obtained at the level of half the radiation wavelength.

Более того, источник изображения (объект 21), размещенный в предметной плоскости 3, можно смещать в некоторых пределах относительно фокуса каждой линзы растра, поскольку ход лучей в данной схеме практически эквивалентен ходу лучей, проходящих из центра кривизны сферического зеркала и падающих по нормали на сферическую поверхность. То есть при смещениях указанного источника изображения относительно центра кривизны сферической поверхности ячеек линзового растра существует некая область достаточно больших размеров, в пределах которой качество изображения практически не ухудшается. Moreover, the image source (object 21) located in the subject plane 3 can be shifted to some extent relative to the focus of each raster lens, since the ray path in this scheme is almost equivalent to the path of the rays passing from the center of curvature of the spherical mirror and falling normal to the spherical surface. That is, when the specified image source is displaced relative to the center of curvature of the spherical surface of the lens raster cells, there is a certain region of sufficiently large sizes within which the image quality practically does not deteriorate.

Такая растровая система может использоваться, когда объект 21 и его изображение 211 смещаются из фокуса линзового растра по случайному закону.Such a raster system can be used when the object 21 and its image 21 1 are shifted from the focus of the lens raster according to a random law.

На фиг. 4 показана схема для случая, когда необходимо записать изображение (информацию) на движущийся носитель. Для этого система дополнительно содержит совокупность плоских зеркал 17, обеспечивающих совмещение предметной плоскости 3 с плоскостью изображения 12. Объект 21 и его изображение 211 в этом случае находятся на противоположных поверхностях, например, движущейся магнитной ленты 24. Изображение объекта 21 формируется в масштабе 1:1 и каждая точка этого изображения размещена, например, на магнитной ленте 24 строго противоположно соответствующей точке объекта 21. То есть при движении ленты 24 изображение объекта 21 автоматически отслеживает непосредственно этот объект 21.In FIG. 4 shows a diagram for the case when it is necessary to record the image (information) on a moving medium. To this end, the system further comprises a plurality of flat mirrors 17, ensuring alignment of the subject plane 3 with the image plane 12. In this case, the object 21 and its image 21 1 are on opposite surfaces, for example, of a moving magnetic tape 24. The image of the object 21 is formed on a scale of 1: 1 and each point of this image is placed, for example, on a magnetic tape 24 exactly opposite to the corresponding point of the object 21. That is, when the tape 24 moves, the image of the object 21 automatically tracks directly tively, this object 21.

На фиг. 5 показана схема с линзовыми растрами 14 и 18, все части 7, 8 и 71 которых размещены на общем основании 19, которое может вращаться вокруг оси 20 оптической системы. В данном случае растры 14 и 18 могут быть выполнены с кольцевым расположением линз. На фиг.6 представлен вид сверху указанного общего основания 19 с размещенными на верхней его поверхности первой и второй частями 7 и 8 (соответственно) преломляющего элемента 1 в виде кольцевого растра. Часть 7 линзового растра 14 (основной оптической системы 6) и идентичный ей растр 18 (71) дополнительной оптической системы 11 размещены на противоположных поверхностях основания 19. Светоделительный элемент 4 в виде полупрозрачного плоского зеркала расположен в центре основания ортогонально оптической оси системы, совмещенной с осью 20 вращения катадиоптрической системы. Плоские зеркала 17 ограничивают всю систему слева и справа и размещены ортогонально оптической оси системы. Каждая линза-ячейка 151 растра 18 дополнительной оптической системы 11 расположена строго противоположно соответствующей линзе (ячейке 15) первой части 7 линзового растра 14. Предметная плоскость 3 и плоскость изображения 12 размещены на противоположных сторонах неподвижного носителя 25, расположенного между вращающимися частями линзовых растров 14 и 18.In FIG. 5 shows a diagram with lens rasters 14 and 18, all of whose parts 7, 8 and 7 1 are placed on a common base 19, which can rotate around the axis 20 of the optical system. In this case, the rasters 14 and 18 can be made with an annular arrangement of lenses. Figure 6 presents a top view of the specified common base 19 with placed on its upper surface of the first and second parts 7 and 8 (respectively) of the refractive element 1 in the form of an annular raster. Part 7 of the lens raster 14 (main optical system 6) and the identical raster 18 (7 1 ) of the additional optical system 11 are located on opposite surfaces of the base 19. A beam splitter 4 in the form of a translucent flat mirror is located in the center of the base orthogonal to the optical axis of the system, aligned with axis 20 of rotation of the catadioptric system. Flat mirrors 17 bound the entire system on the left and right and are placed orthogonal to the optical axis of the system. Each lens cell 15 1 of the raster 18 of the additional optical system 11 is located exactly opposite the corresponding lens (cell 15) of the first part 7 of the lens raster 14. The subject plane 3 and the image plane 12 are located on opposite sides of the stationary medium 25 located between the rotating parts of the lens rasters 14 and 18.

Как показано на фиг. 5, луч света от объекта 21 проходит через линзу (ячейку 15 части 7 линзового растра 14), отражается от правого зеркала 17 и попадает на светоделительный элемент 4. Затем, отразившись от него, падает снова на правое зеркало 17. Отразившись от последнего, луч света попадает на отражающую поверхность соответствующей линзы, т.е. ячейки 16 части 8 линзового растра 14. Далее луч идет по тому же пути в обратном направлении (в системе координат, связанной с вращающимся основанием 19) до светоделительного элемента 4. Пройдя светоделительный элемент 4, луч света направляется к левому зеркалу 17 и, отразившись от него, через соответствующую линзу, т.е. через часть 151 растра 18 дополнительной оптической системы 11, световой луч попадает на плоскость 12 изображения.As shown in FIG. 5, a ray of light from the object 21 passes through the lens (cell 15 of part 7 of the lens raster 14), is reflected from the right mirror 17 and falls on the beam splitter 4. Then, reflected from it, falls again on the right mirror 17. Reflected from the latter, the beam light falls on the reflective surface of the corresponding lens, i.e. cell 16 of part 8 of the lens raster 14. Next, the beam goes along the same path in the opposite direction (in the coordinate system associated with the rotating base 19) to the beam splitting element 4. Passing the beam splitting element 4, the light beam is directed to the left mirror 17 and reflected from him through the appropriate lens, i.e. through part 15 1 of the raster 18 of the additional optical system 11, the light beam enters the image plane 12.

Такая схема позволяет уменьшить габариты катадиоптрической системы, а в случае записи и считывания информации позволяет существенно уменьшить время доступа к носителю информации, так как для смещения между дорожками оказывается достаточным обеспечить только поворот растров, а не осуществлять перемещение всей оптической системы в целом. Such a scheme makes it possible to reduce the dimensions of the catadioptric system, and in the case of recording and reading information, it can significantly reduce the access time to the information carrier, since it turns out to be sufficient to provide only rotation of the rasters between the tracks and not to move the entire optical system as a whole.

В определенном случае (когда при записи или считывании информации источник или приемник изображения должны быть неподвижны, а носитель движется) необходимо использовать части 7 и 8 растра 14 основной оптической системы 6 и линзовый растр 18 дополнительной оптической системы с различными фокусными расстояниями. При этом схема оптической взаимосвязи составляющих катадиоптрическую систему компонентов должна быть организована таким образом, чтобы суммарное продольное увеличение системы было бы равно двум, а носитель должен быть снабжен отражающим слоем со стороны, противоположной информационному слою. В этом случае для получения неподвижного вторичного изображения информационного слоя одно из плоских зеркал 17 можно выполнить полупрозрачным для того, чтобы за этим зеркалом можно было бы разместить объектив для формирования указанного изображения. In a certain case (when the source or receiver of the image is to be stationary while the information is being written or read, and the medium is moving), parts 7 and 8 of the raster 14 of the main optical system 6 and the lens raster 18 of the additional optical system with different focal lengths must be used. In this case, the optical interconnection scheme of the components composing the catadioptric system should be organized in such a way that the total longitudinal magnification of the system would be equal to two, and the carrier should be provided with a reflective layer from the side opposite to the information layer. In this case, to obtain a stationary secondary image of the information layer, one of the flat mirrors 17 can be translucent so that a lens can be placed behind this mirror to form the specified image.

Одним из возможных вариантов выполнения преломляющего элемента 1 (фиг.6 и фиг. 7) является линзовый растр, выполненный на подложке сферической или, например, полусферической формы с центром кривизны в предметной плоскости 3. На фиг.7 представлена стеклянная полусфера в разрезе. One possible embodiment of the refractive element 1 (Fig. 6 and Fig. 7) is a lens raster made on a substrate of a spherical or, for example, hemispherical shape with a center of curvature in the object plane 3. Fig. 7 shows a glass hemisphere in section.

Сплошными линиями показаны поверхности 9 и 91 предполагаемого раздела полусферического преломляющего элемента 1 на первую часть 7 и линзы (ячейки 16) второй части 8 этого элемента 1. Сферическая поверхность преломляющего элемента 1 в этом случае выполнена в виде отражающей поверхности 5, представляющей собой совокупность предполагаемых отражающих поверхностей отдельных линз (ячеек 16) второй части 8 линзового растра 14.Solid lines show surfaces 9 and 9 of the proposed section of the hemispherical refractive element 1 into the first part 7 and the lenses (cells 16) of the second part 8 of this element 1. The spherical surface of the refractive element 1 in this case is made in the form of a reflecting surface 5, which is a set of reflecting surfaces of individual lenses (cells 16) of the second part 8 of the lens raster 14.

На фиг.7 для ясности показаны первая часть 7 и линзы (ячейки 16) второй части 8 линзового растра основной оптической системы 5 отдельно одна от другой. Полная схема катадиоптрической системы для данного варианта выполнения преломляющего элемента условно не показана, поскольку специалисту в данной области должно быть понятным построение такой схемы по аналогии с вышеописанными схемами. 7, for clarity, the first part 7 and the lenses (cells 16) of the second part 8 of the lens raster of the main optical system 5 are shown separately from one another. The full scheme of the catadioptric system for this embodiment of the refractive element is not conventionally shown, since the specialist in this field should understand the construction of such a scheme by analogy with the above schemes.

Первая часть 7 преломляющего элемента 1 представляет собой единую часть растра на подложке в виде полусферы (на фиг.8 подложка отмечена пунктирной линией). Вторая часть 8 растра 14 (или преломляющего элемента 1) представлена в виде отдельных линз (т.е. ячеек 16). The first part 7 of the refractive element 1 is a single part of the raster on the substrate in the form of a hemisphere (in Fig. 8, the substrate is indicated by a dashed line). The second part 8 of the raster 14 (or the refractive element 1) is presented in the form of separate lenses (i.e., cells 16).

В данном варианте выполнения при размещении объекта 21 в центре кривизны сферической отражающей поверхности преломляющего элемента 1 изображение будет сформировано практически в той же точке (т.е. в идентичной точке растра 18 дополнительной оптической системы 11) с достаточно высоким разрешением, если поверхности 9 и 91 раздела будут выполнены сферическими. Апертура такой системы в два раза больше, чем в обычных (известных из уровня техники) системах, используемых, например, в фотолитографии. То есть разрешение можно увеличить примерно в 2-3 раза.In this embodiment, when placing the object 21 in the center of curvature of the spherical reflective surface of the refractive element 1, the image will be formed at almost the same point (i.e., at the identical point of the raster 18 of the additional optical system 11) with a sufficiently high resolution if the surfaces 9 and 9 1 sections will be spherical. The aperture of such a system is twice as large as in conventional (known from the prior art) systems used, for example, in photolithography. That is, the resolution can be increased by about 2-3 times.

В катадиоптрической системе с линзовым растром, выполненным на подложке сферической или полусферической формы, оптическая компонента содержит несколько оптических каналов по количеству ячеек 16 растра, при этом может использоваться либо один общий для всех каналов светоделительный элемент 4, либо каждый канал должен иметь собственный светоделительный элемент 4. In a catadioptric system with a lens raster made on a spherical or hemispherical substrate, the optical component contains several optical channels in the number of cells 16 of the raster, either one common beam splitting element 4 can be used, or each channel must have its own beam splitting element 4 .

Таким образом, заявленная катадиоптрическая система может быть использовано для записи и считывания информации, например, в качестве объектива для сканирующего оптического микроскопа или в системах, где требуется высокое разрешение, таких как устройства для записи и считывания оптической информации на носителях оптической памяти, системы фотолитографии, принтеры с высоким разрешением, а также для изготовления голографических оптических элементов методом точечной печати. Thus, the claimed catadioptric system can be used to write and read information, for example, as a lens for a scanning optical microscope or in systems where high resolution is required, such as devices for recording and reading optical information on optical memory media, photolithography systems, high-resolution printers, as well as for the manufacture of holographic optical elements by the method of spot printing.

Claims (7)

1. Катадиоптрическая система, включающая по меньшей мере один преломляющий элемент, в зоне входной поверхности которого организуется предметная плоскость, по меньшей мере один светоделительный элемент и по меньшей мере одну отражающую поверхность, образующие основную оптическую систему, которая выполнена с автоколлимационным ходом лучей вблизи указанной отражающей поверхности, отличающаяся тем, что преломляющий элемент основной оптической системы разделен на по меньшей мере две, разнесенные в пространстве, части по поверхности раздела заданной формы так, что аберрации, приобретенные на поверхности раздела одной части преломляющего элемента, компенсируются после преломления на поверхности другой части преломляющего элемента, основная оптическая система снабжена оптической компонентой, в центральной области которой размещен упомянутый светоделительный элемент, и которая установлена между указанными частями преломляющего элемента с возможностью отображения с единичным увеличением поверхности раздела указанных частей одна на другую; кроме того, катадиоптрическая система снабжена дополнительной оптической системой, с организованной на ее выходе плоскостью изображения; при этом дополнительная оптическая система выполнена идентично по составу и конфигурации части основной оптической системы, размещенной между предметной плоскостью и светоделительным элементом и расположена зеркально-симметрично упомянутой части основной оптической системы относительно делительной плоскости светоделительного элемента. 1. A catadioptric system comprising at least one refractive element, in the area of the input surface of which is organized an object plane, at least one beam splitting element and at least one reflective surface, which form the main optical system, which is made with an autocollimation path of rays near the specified reflective surface, characterized in that the refractive element of the main optical system is divided into at least two, spaced apart in space, parts on the surface of the section of a predetermined shape so that the aberrations acquired at the interface of one part of the refractive element are compensated after refraction on the surface of the other part of the refractive element, the main optical system is equipped with an optical component in the central region of which the said beam splitting element is located, and which is installed between these parts of the refractive element an element with the ability to display with a single increase in the interface of these parts one on top of the other; in addition, the catadioptric system is equipped with an additional optical system with an image plane organized at its output; wherein the additional optical system is made identical in composition and configuration to a part of the main optical system located between the subject plane and the beam splitting element and is located mirror-symmetrically mentioned part of the main optical system relative to the dividing plane of the beam splitting element. 2. Катадиоптрическая система по п.1, отличающаяся тем, что отражающая поверхность сформирована на соответствующей части преломляющего элемента. 2. The catadioptric system according to claim 1, characterized in that the reflective surface is formed on the corresponding part of the refractive element. 3. Катадиоптрическая система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что поверхность раздела преломляющего элемента и отражающая поверхность выполнены сферической формы. 3. The catadioptric system according to claim 1 or 2, characterized in that the interface of the refractive element and the reflective surface are made spherical. 4. Катадиоптрическая система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что преломляющий элемент выполнен в виде линзового растра, а поверхность раздела каждой из двух его пространственно разделенных частей выполнена в виде растровых ячеек. 4. The catadioptric system according to claim 1 or 2, characterized in that the refractive element is made in the form of a lens raster, and the interface of each of its two spatially separated parts is made in the form of raster cells. 5. Катадиоптрическая система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит совокупность плоских зеркал, которые установлены по ходу лучей основной и дополнительной оптических систем с возможностью обеспечения совмещения предметной плоскости с плоскостью изображения. 5. The catadioptric system according to claim 1, characterized in that it further comprises a set of flat mirrors that are installed along the rays of the primary and secondary optical systems with the possibility of combining the subject plane with the image plane. 6. Катадиоптрическая система по п.4 и 5, отличающаяся тем, что линзовый растр выполнен с кольцевым расположением линз, при этом обе части растра основной оптической системы вместе с частью растра дополнительной оптической системы установлены на общем основании с возможностью вращения относительно их общей оси. 6. The catadioptric system according to claim 4 and 5, characterized in that the lens raster is made with an annular arrangement of lenses, while both parts of the raster of the main optical system together with part of the raster of the additional optical system are mounted on a common base with the possibility of rotation about their common axis. 7. Катадиоптрическая система по п.6, отличающаяся тем, что схема оптической взаимосвязи составляющих ее компонентов организована с возможностью обеспечения продольного увеличения системы, равного двум. 7. The catadioptric system according to claim 6, characterized in that the optical interconnection scheme of its constituent components is organized with the possibility of providing a longitudinal magnification of the system equal to two.
RU2001108791A 2001-04-04 2001-04-04 Catadioptric system RU2192028C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001108791A RU2192028C1 (en) 2001-04-04 2001-04-04 Catadioptric system
PCT/RU2002/000142 WO2002082159A1 (en) 2001-04-04 2002-04-01 Catadioptric system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001108791A RU2192028C1 (en) 2001-04-04 2001-04-04 Catadioptric system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2192028C1 true RU2192028C1 (en) 2002-10-27

Family

ID=20247910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001108791A RU2192028C1 (en) 2001-04-04 2001-04-04 Catadioptric system

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2192028C1 (en)
WO (1) WO2002082159A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10127227A1 (en) 2001-05-22 2002-12-05 Zeiss Carl Catadioptric reduction lens
US7190527B2 (en) 2002-03-01 2007-03-13 Carl Zeiss Smt Ag Refractive projection objective
US8208198B2 (en) 2004-01-14 2012-06-26 Carl Zeiss Smt Gmbh Catadioptric projection objective
US20080151364A1 (en) 2004-01-14 2008-06-26 Carl Zeiss Smt Ag Catadioptric projection objective
EP1751601B1 (en) 2004-05-17 2007-12-05 Carl Zeiss SMT AG Catadioptric projection objective with intermediate images

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1074503A (en) * 1964-10-05 1967-07-05 Zeiss Jena Veb Carl Catadioptric microscope objective
SU398908A1 (en) * 1971-12-06 1973-09-27
SU640226A1 (en) * 1975-01-02 1978-12-30 Предприятие П/Я А-7453 Collimation system adjusting device
US5052763A (en) * 1990-08-28 1991-10-01 International Business Machines Corporation Optical system with two subsystems separately correcting odd aberrations and together correcting even aberrations

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002082159A1 (en) 2002-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100600459B1 (en) Three-dimensional display method and device therefor
US4806774A (en) Inspection system for array of microcircuit dies having redundant circuit patterns
KR100342110B1 (en) Display device incorporating one-dimensional high-speed grating light valve array
CN100403410C (en) Method and device for recording and reproducing holographic data
US6392793B1 (en) High NA imaging system
US7215474B2 (en) Method and apparatus for combining optical beams
CN100363776C (en) Exposure head
KR20200070256A (en) Axial asymmetric image source for head-up display
EP0040973B1 (en) An image reading out and recording apparatus
WO1991012560A1 (en) Spatial light modulator with improved aperture ratio
USRE33956E (en) Inspection system for array of microcircuit dies having redundant circuit patterns
US6104511A (en) Reflector-based off-axis optical system for holographic storage
JPH06130321A (en) Optical device for splitting real image
US5321683A (en) Digital optical tape read system
US8531748B2 (en) Lens system for common aperture holographic storage system
RU2192028C1 (en) Catadioptric system
US4173411A (en) Exposure system for copying machines
US6801350B2 (en) Methods and apparatus for optical disk drives using optical scanning
US20080253257A1 (en) Phase-Conjugate Read-Out in a Holographic Data Storage
US3055265A (en) Motion picture camera for making panoramic pictures
US5511035A (en) Optical random access memory having diffractive simplex imaging lens
US2656761A (en) Large-aperature optical system comprising two reflecting and refracting spherical suraces in axial alignment
JP3085961B2 (en) Optical device for observing long objects
US3584933A (en) Light deflection apparatus
US6331904B1 (en) Reflection optics reference beam telescope

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090405