一種光學(xué)系統(tǒng)面形誤差相互補償優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光學(xué)系統(tǒng)面形誤差相互補償優(yōu)化方法，具體步驟為：首先建立了不同光學(xué)表面類型的面形誤差對光學(xué)系統(tǒng)的波像差影響的近似解析關(guān)系式，使得在優(yōu)化光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)角度時，不需考慮光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行光線追擊計算，而獨立于光學(xué)結(jié)構(gòu)直接解析計算獲得面形誤差對系統(tǒng)波像差影響；其次將各視場點由面形誤差產(chǎn)生的波像差的加權(quán)平均值作為優(yōu)化設(shè)計的誤差函數(shù)；最后優(yōu)化所有光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)角度，獲取誤差評價函數(shù)最小時所對應(yīng)的各光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)角度作為最優(yōu)裝配的旋轉(zhuǎn)角度，實現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)面形誤差相互補償優(yōu)化。利用方法大大提高了光學(xué)系統(tǒng)裝配效率。
【專利說明】一種光學(xué)系統(tǒng)面形誤差相互補償優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)系統(tǒng)面形誤差相互補償優(yōu)化方法，屬于高精密光學(xué)系統(tǒng)加工和裝配中的像差補償?shù)膬?yōu)化設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]由于光學(xué)加工工藝水平的限制，光學(xué)表面的面形誤差(低頻分量)是不可避免的光學(xué)加工誤差之一，會導(dǎo)致系統(tǒng)的成像性能如波像差惡化，從而遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離了系統(tǒng)設(shè)計階段的像質(zhì)水平，尤其對于高精密高性能的反射或折反式光學(xué)系統(tǒng)尤為顯著。另外，面形誤差主要引起非對稱像差如像散等，不能像曲率半徑誤差、中心厚度誤差以及楔形誤差等其他光學(xué)加工誤差，可以通過調(diào)整空氣間隔或元件偏心等消除或減小其對光學(xué)系統(tǒng)的影響。因此，面形誤差通常成為導(dǎo)致系統(tǒng)集成后性能下降的主要原因。
[0003]為了減小面形誤差對光學(xué)系統(tǒng)成像性能影響，一方面在提高光學(xué)面形的拋光工藝和檢測技術(shù)外，另一方面利用對已加工的各個光學(xué)表面的面形誤差之間相互補償來盡可能減小其對光學(xué)系統(tǒng)性能的影響，也即光學(xué)元件的繞光軸旋轉(zhuǎn)的方法來實現(xiàn)相互補償。
[0004]當(dāng)前，面形誤差相互補償(匹配)的思想是一種經(jīng)濟且有效的降低其對光學(xué)系統(tǒng)性能影響的方法，已經(jīng)應(yīng)用(D.M.Williamson, “Compensator selection in the tolerancingof a microlithographic len,，，Proc.SPIE1049, 178-186 (1989) ；T.Matsuyama, 1.Tanakaet al., “Improving lens performance through the most recent lens,，，Proc.SPIE5040, 801-810 (2003).)到超精密光刻物鏡的裝配中。但是，當(dāng)前的面形誤差補償方法通常是通過手動調(diào)整光學(xué)元件，同時需要實時監(jiān)測系統(tǒng)波像差，隨機地尋找到一個可以接受的裝配性能。顯然，這種手動調(diào)節(jié)方法具有較大的偶然性和隨機性，且裝配時間長，效率低，特別對于鏡片數(shù)量較多且含有反射光學(xué)元件時，如折反式光刻投影物鏡，多達(dá)近30個鏡片，共計近50多個光學(xué)表面，若通過手動隨機調(diào)整的方法很難尋找到全局最優(yōu)的光學(xué)元件組合方式，從而降低了系統(tǒng)集成后的成像性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)系統(tǒng)面形誤差相互補償優(yōu)化方法；該方法基于三種不同類型的光學(xué)表面面形誤差與光學(xué)系統(tǒng)波像差的解析關(guān)系，通過全局優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)中所有含面形誤差的光學(xué)元件的旋轉(zhuǎn)角度，獲得所有光學(xué)元件的最佳組合方式，使得光學(xué)系統(tǒng)達(dá)到最佳裝配效果，其較傳統(tǒng)手動調(diào)整的方法大大提高了裝配效率。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種光學(xué)系統(tǒng)面形誤差相互補償優(yōu)化方法，具體步驟為:
[0008]步驟101、針對所要裝配的光學(xué)系統(tǒng)選取至少三個視場點，獲取所述光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計參數(shù)和面形檢測數(shù)據(jù)，所述設(shè)計參數(shù)包括每一所選視場點在光學(xué)系統(tǒng)的每個光學(xué)表面的有效通光區(qū)域坐標(biāo)和每個光學(xué)元件材料的折射率，所述面形檢測數(shù)據(jù)包括每個光學(xué)表面的面形檢測口徑大小和每個光學(xué)表面的面形誤差；[0009]步驟102、針對每一視場點，根據(jù)其對應(yīng)的每個光學(xué)表面的有效通光區(qū)域坐標(biāo)和面形檢測口徑大小，計算視場點對應(yīng)每一光學(xué)表面的截取矩陣；
[0010]步驟103、針對每一視場點，將各光學(xué)表面的面形誤差按照視場點在每一光學(xué)表面對應(yīng)的截取矩陣大小展開，并用相應(yīng)的截取矩陣截取出有效通光區(qū)域的面形誤差A(yù)d ;
[0011]步驟104、建立三種類型光學(xué)表面的面形誤差與光學(xué)系統(tǒng)波像差的解析關(guān)系式，計算各視場點下每個光學(xué)表面的面形誤差A(yù)d所引起的波像差Ws ；
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)系統(tǒng)面形誤差相互補償優(yōu)化方法，其特征在于，具體步驟為: 步驟101、針對所要裝配的光學(xué)系統(tǒng)選取至少三個視場點，獲取所述光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)和面形檢測數(shù)據(jù)，所述設(shè)計參數(shù)包括每一所選視場點在光學(xué)系統(tǒng)的每個光學(xué)表面的有效通光區(qū)域坐標(biāo)和每個光學(xué)元件材料的折射率，所述面形檢測數(shù)據(jù)包括每個光學(xué)表面的面形檢測口徑大小和每個光學(xué)表面的面形誤差； 步驟102、針對每一視場點，根據(jù)其對應(yīng)的每個光學(xué)表面的有效通光區(qū)域坐標(biāo)和面形檢測口徑大小，計算視場點對應(yīng)每一光學(xué)表面的截取矩陣； 步驟103、針對每一視場點，將各光學(xué)表面的面形誤差按照視場點在每一光學(xué)表面對應(yīng)的截取矩陣大小展開，并用相應(yīng)的截取矩陣截取出有效通光區(qū)域的面形誤差A(yù)d; 步驟104、建立三種類型光學(xué)表面的面形誤差與光學(xué)系統(tǒng)波像差的解析關(guān)系式，計算各視場點下每個光學(xué)表面的面形誤差A(yù)d所引起的波像差Ws;
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述光學(xué)系統(tǒng)面形誤差相互補償優(yōu)化方法，其特征在于，在執(zhí)行完步驟107之后還調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)中部分光學(xué)元件之間的空氣間隔，以消除面形誤差帶來的離焦和球差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述光學(xué)系統(tǒng)面形誤差相互補償優(yōu)化方法，其特征在于，所選取的視場點包括軸上視場點，0.707視場點和全視場點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述光學(xué)系統(tǒng)面形誤差相互補償優(yōu)化方法，其特征在于，步驟102中獲得的各截取矩陣中有效通光區(qū)域所對應(yīng)的矩陣的大小一致，至少為128X128。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述光學(xué)系統(tǒng)面形誤差相互補償優(yōu)化方法，其特征在于，步驟107中的優(yōu)化采用模擬退火的全局優(yōu)化算法實現(xiàn)。
【文檔編號】G02B27/00GK103809290SQ201410028165
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】李艷秋, 劉曉林 申請人:北京理工大學(xué)