用于制造包含至少两个光学元件的波前校正的光学装置的方法
【专利说明】用于制造包含至少两个光学元件的波前校正的光学装置的 方法
【背景技术】
[0001] 当制造光学装置、尤其是高性能光学系统时，对整体光学装置的容差和由此产生 的单独部件的允许容差提出非常严格的要求。
[0002] 单独部件与理论上理想的形状和理想的光学行为之间的偏差常常表现为穿过该 光学装置的光束的波前误差的形式。波前误差理解为距离理想波前（例如，理想平面式波 前（平面波）或理想球面式波前（球波））的波前（相同相的轨迹）的二维或=维偏差。
[0003] 具有窄容差限的单独部件的制造和使用就制造工艺而言是复杂的，会产生许多废 料，需要的测量耗费高，并因此是昂贵的，并且难于W较大数目进行制造。
[0004] 正如例如从EP0 823 976B1中已知，将单独部件的制造复杂性降低到最低限度 的一个可能性是，在光学装置的光束路径中引入至少两个预制光学补偿元件W补偿波前变 形（=波前误差）。为此，使用波前测量仪器测量该光学装置的波前误差。根据测量结果选 择光学补偿元件。该个解决方案的缺点在于，需要提供一定数目的光学补偿元件，需要在该 光学装置中设置其他元件，并且该些光学补偿元件的组装复杂性和空间要求高。
[0005] 从DE102 58 715B4已知另一个途径。在其中公开的用于制造光学装置的方法 中，该光学装置为带有多个光学元件的光学成像系统的形式，首先组装该光学装置。在该种 情况下，将光学元件布置在它们的正确位置。随后，测量该组装后的光学装置，并在光学装 置的出射光瞳中或该出射光瞳的共辆面内W空间解析方式测定波前误差。在下一步中，在 该些光学元件的至少一个处选择至少一个被提供为校正非球面（KoiTekturasph站e)的校 正区域，并计算该校正区域的拓扑和/或折射率分布，藉此可实现该光学装置的所测定的 波前误差的校正。为了能够根据计算出的该校正区域的拓扑和/或折射率分布进行必要的 改变，从光学装置移除该至少一个校正非球面并W空间解析方式对其进行处理。在该里重 要的是，在完成处理之后将该校正非球面W正确坐标，即，利用在计算校正值（拓扑和/或 折射率分布）中使用的对齐与旋转位置再次装入该光学装置中，从而实现所希望的波前误 差校正效果。补偿元件校正各个光学元件的误差总和。
[0006] 该个程序的一个缺点在于，首先必须在实际上组装该光学装置，然后再部分拆卸， 接着再组装，并且如果需要的话进行再调整。因此，需要额外的工作步骤来制造该光学装 置。
[0007] 根据DE10 2005 022 459A1的解决方案，已知一种用于优化光学系统的品质的 方法，该光学系统包括至少两个具有光学有效表面的元件（光学元件）。通过测定表面形状 的实际形状与预定形状的偏差，且随后通过计算机算出相关的特定波前误差，从单个光学 元件或从光学元件组测定产生的特定波前误差。然而，该唯一披露的计算规则在该里不适 合于特定波前误差的场依赖型模拟。在计算结果基础上，通过计算机预先确定该光学系统 的预期总波前误差，并且测定通过哪些表面形状可校正该总波前误差，其中采用测定的特 定波前误差作为基础。在至少一个表面上形成该些确定的表面形状，并且直到那时在实际 上组装该光学系统。根据DE10 2005 022 459A1的程序，W场独立的方式校正该些波前 误差。该个途径对于场依赖型光学系统（例如，投影透镜）而言不是便利的，因为场点的波 前误差需要个别（=场点依赖型）校正。根据DE10 2005 022 459A1，W相同的波前（相 函数）校正每个波前误差，因此校正潜力未充分发挥。
【发明内容】
[000引本发明是W提出一种方法为基本目的，藉此方法能够高效制造波前校正的光学装 置。
[0009] 通过一种用于制造包括至少两个光学元件的波前校正的光学装置的方法可实现 该个目的，其中在步骤a)中测定该光学装置的总波前误差；在步骤b)中将该总波前误差与 该总波前误差的允许容差范围比较；在步骤C)中如果超过该允许容差范围时，则选择该些 光学元件中的至少一个，并且在步骤d)中改变该至少一个选定光学元件的光学特性，使得 该光学装置的测定的总波前误差处于该允许容差范围内。根据本发明的方法的特征在于， 在步骤a)之前进行的步骤a-2)中，在每一种情况下都通过给该些光学元件指定各自的标 识符而将该些光学元件个体化。该各个标识符例如可为光学元件安装件上的识别号、字母、 数字和字符的组合、或条形码。该标识符也可存在于一个表面上，例如该光学元件的周面。 各个光学元件的一对一储存位置（例如，在仓库中）也可用作个别的标识符，而不是该光 学元件在实体上含有标识符。按正确坐标测量所有个体化的光学元件的各自的表面误差， 并将测得的各个表面误差按正确坐标W其中该些正确坐标指定给对应的个体化的光学元 件的方式储存。在该里有用的是，对于每个光学元件都获得一个标记，据此标记可推导出光 学元件的特定旋转位置。在本发明的其他实施例中，可将该标识符用作该标记，该标记可W 是该标识符的一部分，或者将该标记整合在该标识符中。在同样在步骤a)之前进行的步骤 a-1)中，用个体化的光学元件虚拟地制造该光学装置，从而产生虚拟光学装置。在步骤a) 中，通过根据各个表面误差并且覆盖所有场点进行的计算来测定虚拟光学装置的总波前误 差。该结果为计算的总波前误差，其中该总波前误差是覆盖所有场点的波前误差的总和，从 而使得能同时为所有场点作出总波前误差的校正。
[0010] 在步骤b)中，将计算的总波前误差与总波前误差的允许容差范围比较。步骤d) 中，虚拟地改变该至少一个选定的个体化的光学元件的光学特性，使得该光学装置的计算 的总波前误差处于允许容差范围内。在步骤e)中，将该至少一个选定的个体化的光学元件 的光学特性的虚拟地实现的改变作为加工数据予W储存并且使其可得，W便它们可被反复 调用。最后，在步骤f)中，根据加工数据加工该至少一个选定的个体化的光学元件，并用个 体化的光学元件制造该光学装置。在步骤f)之后，该光学装置已制成并且W实体形式实际 存在。
[0011] 波前误差是实际波前距离理想波前（例如球波或平面波）的偏差。波前误差例如 会导致赛德尔（Seidel)像差、像场弯曲、点像和失真。失真可被描述成波前的倾斜。
[0012] 总波前误差应该被理解为表示覆盖所有场点的波前误差的总和。根据本发明的方 法的优点在于可能作出场依赖型模拟，并且可W同时为所有场点优化总波前误差。在本说 明书的含义内，场点也可W是物点。在该里，该总波前误差被优化为使得它处于允许容差范 围内。
[0013] 场（视场（fieldofview)的简称）在该里应该理解为表示所有场点的总和。
[0014] 场点是光束的起点或起始角度。场点是场内可通过坐标指示的位置。在该里的总 光束是所有光束的合并。
[0015] 术语场依赖型模拟意指根据场点来计算（模拟）任何一个表面对造成波前误差的 影响。典型地，一个光学系统具有多个透镜，其中不同场点的光束穿过差异很大的体积（特 别是表面的多个部分）（被称为场侧透镜）。在被称为瞳侧透镜的其他透镜、或光学有效面 中，来自不同场点的光束穿过几乎相同的体积。在模拟中必须将光束差异性地穿过其中的 体积考虑在内。因此，场侧透镜特别适合用来校正场依赖型波前误差。
[0016] 在本说明书关于根据本发明的方法的描述中，术语校正应该被理解为表示相对于 目标值优化总波前误差（允许容差范围）。如果总波前误差大于或小于该目标值，则适当的 校正是必要的，使得总波前误差再次匹配该目标值。通过仔细实施该校正，该总波前误差被 优化。
[0017] 光学元件在其范围内并不理想，但具有由材料和制造方法引起的小偏差（表面误 差、不规则）。在该里，例如，光学元件表面的个别区域在每一种情况下都个别地影响由该光 学元件引起的波前误差。所述各个表面误差例如可通过触觉手段、通过干设仪或通过条带 投影进行测量。
[0018] 对于本发明至关重要的是W下认识；个别的个体化的光学元件的安装件、材料均 匀性和涂层仅仅在微小的程度上引起该总波前误差。造成光学装置的总波前误差的最显著 影响来自于表面的不规则。因此，仅基于个体化的光学元件的坐标校正测量数据就可能计 算出光学装置的总波前误差。坐标校正意味着将造成个别的波前误差的影响指定给所考虑 光学元件的对应区域，并且在知晓该光学元件的对应旋转位置的情况下，该些区域的空间 布置和由此引起的波前误差是已知的。旋转位置例如可相对于固定参考点和/或参考平面 (例如在实验室或制造设施中的固定坐标系）加W定义。
[0019] 在根据本发明方法的第一个实施例中，仅考虑遵循个别的波前误差的允许容差限 的那些个体化的光学元件。在根据本发明方法的另一个实施例中，还使用了未遵循允许容 差限的个体化的光学元件。利用根据本发明的方法，由于总波前误差被优化，使得可能W有 利的方式使用要不然会需要被淘汰或再加工的个体化的光学元件。
[0020] 术语总波前误差是指将要在实施根据本发明的方法过程中测量的目标值。该目标 值例如也可W在将总波前误差分解成泽巧克狂ernike)系数之后W单独的泽巧克系数获 得。该目标值可被改变为使得可W按有针对性的方式影响该总波前误差。
[0021] 如果在步骤a)中产生一定数目的虚拟光束（=总光束的分光束）并计算出当其 穿过该虚拟光学装置时的行为，则实现