EP0814331B1

Wavefront sensing with micromirror for self referencing and its alignment

Abstract

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EP0814331B1, drawing sheet 1
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Expired 19 March 2016, 10.5 years ago.

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13 claims: 13 independent, 0 dependent

  1. 1
    An optical system for determining aberration in a source beam (14) by comparison of a test beam (40) with a reference beam (42), said optical system comprising:a test source (12) for producing a source beam (14) having a spatial intensity distribution including an aberration component;a wavefront analyzer (16) for processing a fringe signal associated with said aberration component;andan interferometer (10) interposed between said test source (12) and wavefront analyzer (16), said interferometer (10) including;a beamsplitter (32) for splitting said source beam (14) into a test beam (40) traveling along a test beam path and a reference beam (42) traveling along a reference beam path;an imaging device (42) for detecting said test beam (40) and said reference beam (42);a mirror (38) disposed in said test beam path, said mirror (38) reflecting said test beam (40) toward said imaging device (24);a micromirror (44) disposed in said reference beam path, said micromirror (44) reflecting a portion (50) of said reference beam (42) toward said imaging device (24);alignment image means for collecting and detecting an outer portion of said reference beam (42) for detecting said aberration component;andfocusing means (34) disposed in said reference beam path between said beamsplitter (32) and said micromirror (44) for focusing said reference beam (42) on said micromirror (44), said micromirror (44) having a lateral dimension not exceeding the approximate lateral dimension of a central lobe of said reference beam (42) as focused thereon by said focusing means (34) so that when said test beam (40) is reflected by said mirror (38) and said portion (50) of said reference beam (42) is reflected by said micromirror (44), said reflected test beam and said reflected portion (50) of said reference beam (42) are both incident upon said imaging device (24) forming an interference pattern thereon, said interference pattern including a plurality of fringes which are converted into said fringe signal by said imaging device (24). Optisches System zum Bestimmen der Aberration eines Quellenstrahls (14) durch Vergleich eines Teststrahles (40) mit einem Referenzstrahl (42), wobei das optische System enthält: eine Testquelle (12) zur Herstellung eines Quellenstrahls (14) mit einer räumlichen Intensitätsverteilung, die eine Aberrationskomponente aufweist;einen Wellenfront-Analysator (16) zum Verarbeiten eines Streifensignals, welches mit der Aberrationskomponente verbunden ist;undeinen Interferometer (10), der zwischen der Testquelle (12) und dem Wellenfront-Analysator (16) angeordnet ist, wobei der Interferometer (10) enthält: einen Strahlenteiler (32) zum Aufteilen des Quellenstrahls (14) in einen Teststrahl (40), der längs eines Strahlengangs des Teststrahles führt, und einen Referenzstrahl (42), der längs eines Strahlengangs des Referenzstrahles führt;eine Abbildungsvorrichtung (24) zur Erfassung des Teststrahles (40) und des Referenzstrahles (42);einen Spiegel (38), der im Strahlengang des Teststrahles angeordnet ist, wobei der Spiegel (38) den Teststrahl (40) zur Abbildungsvorrichtung (24) reflektiert;einen Mikrospiegel (44), der im Strahlengang des Referenzstrahles angeordnet ist, wobei der Mikrospiegel (44) einen Abschnitt (50) des Referenzstrahles (42) zur Abbildungsvorrichtung (24) reflektiert;eine Justierabbildungseinrichtung zum Aufnehmen und Erfassen eines äußeren Abschnitts des Referenzstrahles (42) zur Erfassung der Aberrationskomponente;undeine Fokussiereinrichtung (34), welche im Strahlengang des Referenzstrahles zwischen dem Strahlenteiler (32) und dem Mikrospiegel (44) zum Fokussieren des Referenzstrahles (42) auf den Mikrospiegel (44) angeordnet ist, wobei der Mikrospiegel (44) eine laterale Dimension aufweist, die eine ungefähre laterale Dimension einer zentralen Keule des darauf durch die Fokussiereinrichtung (34) fokussierten Referenzstrahles (42) derart nicht übersteigt, daß, wenn der Teststrahl (40) durch den Spiegel (38) reflektiert wird und der Abschnitt (50) des Referenzstrahles (42) durch den Mikrospiegel (44) reflektiert wird, sowohl der reflektierte Teststrahl als auch der reflektierte Abschnitt (50) des Referenzstrahles (42) auf die Abbildungsvorrichtung (24) einfallen, um darauf ein Interferenzmuster zu bilden, wobei das Interferenzmuster eine Mehrzahl von Streifen aufweist, welche durch die Abbildungsvorrichtung (24) in das Streifensignal umgewandelt werden. Système optique pour déterminer l'aberration d'un faisceau source (14) en comparant un faisceau test (40) et un faisceau de référencé (42), ledit système optique comportant : une source test (12) pour produire un faisceau source (14) ayant une distribution d'intensité spatiale incluant une composante d'aberration,un analyseur de front d'onde (16) pour traiter un signal de franges associé à ladite composante d'aberration, etun interféromètre (10) interposé entre ladite source test (12) et l'analyseur de front d'onde (16), ledit interféromètre (10) comportant : un diviseur de faisceau (32) pour diviser ledit faisceau source (14) en un faisceau test (40) se déplaçant le long d'un trajet de faisceau test et en un faisceau de référence (42) se déplaçant le long d'un trajet de faisceau de référence,un dispositif d'imagerie (42) pour détecter ledit faisceau test (40) et ledit faisceau de référence (42),un miroir (38) disposé dans ledit trajet de faisceau test, ledit miroir (38) réfléchissant ledit faisceau test (40) en direction dudit dispositif d'imagerie (24),un micro-miroir (44) disposé dans ledit trajet de faisceau de référence, ledit micro-miroir (44) réfléchissant une partie (50) dudit faisceau de référence (42) en direction dudit dispositif d'imagerie (24),des moyens vidéo d'alignement pour recueillir et détecter une partie extérieure dudit faisceau de référence (42) afin de détecter ladite composante d'aberration, etdes moyens de focalisation (34) disposés dans ledit trajet de faisceau de référence entre ledit diviseur de faisceau (32) et ledit micro-miroir (44) pour focaliser ledit faisceau de référence (42) sur ledit micro-miroir (44), ledit micro-miroir (44) ayant une dimension latérale ne dépassant pas la dimension latérale approximative d'un lobe central dudit faisceau de référence (42) lorsqu'il est focalisé dessus par lesdits moyens de focalisation (34) de sorte que, lorsque ledit faisceau test (40) est réfléchi par ledit miroir (38) et ladite partie (50) dudit faisceau de référence (42) est réfléchie par ledit micro-miroir (44), ledit faisceau test réfléchi et ladite partie réfléchie (50) dudit faisceau de référence (42) frappent tous deux ledit dispositif d'imagerie (24) en formant un motif d'interférence dessus, ledit motif d'interférence comportant une pluralité de franges qui sont converties en ledit signal de franges par ledit dispositif d'imagerie (24).
  2. 2
    Optisches System nach Anspruch 1, wobei der Mikrospiegel (44) einen zentralen Abschnitt (50) des Referenzstrahles (42) zur Abbildungsvorrichtung (24) reflektiert, und es einem äußeren Abschnitt des Referenzstrahles (42) ermöglicht, diesen zu passieren. Système optique selon la revendication 1, dans lequel ledit micro-miroir (44) réfléchit une partie centrale (50) dudit faisceau de référence (42) en direction dudit dispositif d'imagerie (24) et laisse passer à une partie extérieure dudit faisceau de référence (42). The optical system according to claim 1 wherein said micromirror (44) reflecting a central portion (50) of said reference beam (42) toward said imaging device (24) and allowing an outer portion of said reference beam (42) to pass thereby.
  3. 3
    Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Justierabbildungseinrichtung enthält:einen Justierdetektor (20) zum Erfassen der Aberrationskomponente;undeinen piezoelektrischen Umsetzer (54), der mit dem Spiegel (38) zusammenwirkend verbunden ist und durch den Wellenfront-Analysator (16) gesteuert wird, wobei der Spiegel (38) hierdurch zu einer Bewegung relativ zum Strahlengang des Teststrahles (40) in der Lage ist. Système optique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdits moyens vidéo d'alignement comportent: un détecteur d'alignement (20) pour détecter ladite composante d'aberration, etun dispositif de translation piézo-électrique (54) lié de manière opérationnelle audit miroir (38) et commandé par ledit analyseur de front d'onde (16), ledit miroir (38) pouvant ainsi se déplacer par rapport au trajet dudit faisceau test (40). The optical system according to claim 1 or 2 wherein said alignment image means comprises: an alignment detector (20) for detecting said aberration component;anda piezoelectric translator (54) operatively linked to said mirror (38) and controlled by said wavefront analyzer (16), said mirror (38) thereby capable of moving relative to the path of said test beam (40).
  4. 4
    Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einem Monitor (56) für den Empfang des Streifensignals, wobei der Monitor (56) zur Anzeige einer Abbildung des Interferenzmusters mit der Mehrzahl an Streifen dient, und wobei es diese Abbildung einem Bediener erlaubt, die Ausrichtung und Einstellung des Quellenstrahles (14) in den Interferometer (10) derart zu überwachen, daß Korrekturen von verbleibenden kleinen Fehlern durchgeführt werden können. Système optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comportant de plus un moniteur (56) pour recevoir ledit signal de franges, ledit moniteur (56) étant destiné à afficher une image dudit motif d'interférence incluant ladite pluralité de franges, ladite image permettant à un opérateur de surveiller l'alignement et le pointage dudit faisceau source (14) vers ledit interféromètre (10) de sorte que des corrections de minuscule erreur résiduelle peuvent être effectuées. The optical system according to one of claims 1 to 3 further including a monitor (56) for receiving said fringe signal, said monitor (56) for displaying an image of said interference pattern including said plurality of fringes, said image allowing an operator to monitor the alignment and pointing of said source beam (14) into said interferometer (10) so that corrections to residual fine error may be made.
  5. 5
    Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Justierabbildungseinrichtung eine dem Mikrospiegel (44) benachbart angeordnete transparente Basis (46), eine Ausrichtabbildungslinse (48) und eine Justierabbildungsvorrichtung (20) enthält. Système optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits moyens vidéo d'alignement comportent une base transparente (46) positionnée adjacente audit micro-miroir (44), une lentille vidéo d'alignement (48), et un dispositif d'imagerie d'alignement (20). The optical system according to one of claims 1 to 4 wherein said alignment image means includes a transparent base (46) positioned adjacent said micromirror (44), an alignment image lens (48), and an alignment imaging device (20).
  6. 6
    Optisches System nach Anspruch 5, wobei der äußere Abschnitt des Referenzstrahles (42) als ein Punkt auf der Justierabbildungsvorrichtung (20) fokussiert ist, und daß der Mikrospiegel (44) einen Schatten verursacht, der hierauf derart eintrifft, daß der Punkt und der Schatten hierdurch erfaßt werden. Système optique selon la revendication 5, dans lequel ladite partie extérieure dudit faisceau de référence (42) est focalisée sous forme d'un point sur ledit dispositif d'imagerie d'alignement (20) et ledit micro-miroir (44) amène une ombre à être projetée dessus de sorte que ledit point et l'ombre sont ainsi détectés. The optical system according to claim 5 wherein said outer portion of said reference beam (42) is focused as a spot onto said alignment imaging device (20) and said micromirror (44) causes a shadow to be cast thereon so that said spot and shadow are thereby detected.
  7. 7
    Optisches System nach Anspruch 6, wobei die Justierabbildungsvorrichtung (20) ein Ausrichtsignal (18) erzeugt, welches mit dem Punkt und dem Schatten zusammenhängt. Système optique selon la revendication 6, dans lequel ledit dispositif d'imagerie d'alignement (20) génère un signal d'alignement (18) associé audit point et à ladite ombre. The optical system according to claim 6 wherein said alignment imaging device (20) generates an alignment signal (18) associated with said spot and shadow.
  8. 8
    Optisches System nach Anspruch 7, ferner mit einem Monitor (52) zur-Aufnahme des Ausrichtsignals (18) und zur Anzeige einer Abbildung des Punktes und des Schattens in der Art, daß ein Bediener, der diese Abbildung betrachtet, die Position des Mikrospiegels (44) zur Korrektur der Positionierung, der horizontalen Ausrichtung und der Fokussierung des Referenzstrahls (42) relativ zum Mikrospiegel (44) einstellen kann. Système optique selon la revendication 7, incluant de plus un moniteur (52) pour recevoir ledit signal d'alignement (18) et afficher une image dudit point et de ladite ombre de sorte qu'un opérateur regardant ladite image peut ajuster le positionnement dudit micro-miroir (44) afin de corriger le pointage, l'alignement horizontal et la focalisation dudit faisceau de référence (42) par rapport audit micro-miroir (44). The optical system according to claim 7 further including a monitor (52) for receiving said alignment signal (18) and displaying an image of said spot and shadow so that an operator viewing said image may adjust positioning of said micromirror (44) to correct pointing, horizontal alignment, and focusing of said reference beam (42) relative said micromirror (44).
  9. 9
    Optisches System nach Anspruch 7, ferner mit einem Monitor (52) zur Aufnahme des Ausrichtsignals (18) und zur Anzeige einer Abbildung des Punkts und des Schattens in der Art, daß ein Bediener, der diese Abbildung betrachtet, die Position der Testquelle (12) zur Korrektur der Positionierung, der horizontalen Ausrichtung und der Fokussierung des Referenzstrahls (42) relativ zum Mikrospiegel (44) einstellen kann. Système optique selon la revendication 7, incluant de plus un moniteur (52) pour recevoir ledit signal d'alignement (18) et afficher une image dudit point et de ladite ombre de sorte qu'un opérateur regardant ladite image peut ajuster le positionnement de ladite source test (12) afin de corriger le pointage, l'alignement horizontal et la focalisation dudit faisceau de référence (42) par rapport audit micro-miroir (44). The optical system according to claim 7 further including a monitor (52) for receiving said alignment signal (18) and displaying an image of said spot and shadow so that an operator viewing said image may adjust positioning of said test source (12) to correct pointing, horizontal alignment, and focusing of said reference beam (42) relative said micromirror (44).
  10. 10
    Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner mit einer Abbildungslinse (36) zum Fokussieren des Teststrahles (40) und des reflektierten Strahls (50) auf der Abbildungsvorrichtung (24). Système optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, incluant de plus une lentille vidéo (36) pour focaliser ledit faisceau test (40) et ledit faisceau réfléchi (50) sur ledit dispositif d'imagerie (24). The optical system according to one of claims 1 to 9 further including an image lens (36) for focusing said test beam (40) and said reflected beam (50) on said imaging device (24).
  11. 11
    Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Testquelle (12) einen Kollimator (28) zum Ausrichten des Quellenstrahls enthält, wobei der ausgerichtete Quellenstrahl (14) anschließend durch eine Austrittspupille (30) gerichtet wird, die in der Testquelle (12) vorgesehen ist. Système optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel ladite source test (12) comporte un collimateur (28) pour collimater ledit faisceau source, le faisceau source collimaté (14) étant après ceci dirigé à travers une pupille de sortie (30) agencée dans ladite source test (12). The optical system according to one of claims 1 to 10 wherein said test source (12) includes a collimator (28) for collimating said source beam, the collimated source beam (14) thereafter being directed through an exit pupil (30) provided in said test source (12).
  12. 12
    Optisches System nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei der piezoelektrische Umsetzer (54) zur Bewegung des Spiegels (38) relativ zum Strahlengang des Teststrahles in Stufen von weniger als einer Wellenlänge in der Lage ist, um hierdurch die Phase des Teststrahles (40) hinsichtlich dem reflektierten Abschnitt (50) des Referenzstrahles (42) zu variieren. Système optique selon l'une quelconque des revendications 3 à 11, dans lequel ledit dispositif de translation piézo-électrique (54) est capable de déplacer ledit miroir (38) par rapport audit trajet de faisceau test selon des incréments inférieurs à une longueur d'onde de manière à faire varier la phase dudit faisceau test (40) par rapport à la partie réfléchie (50) dudit faisceau de référence (42). The optical system according to one of claims 3 to 11 wherein said piezoelectric translator (54) is capable of moving said mirror (38) relative to said test beam path in increments of less than one wavelength to thereby vary the phase of said test beam (40) with respect to the reflected portion (50) of said reference beam (42).
  13. 13
    Optisches System nach Anspruch 12, wobei der Teststrahl (40) über eine Mehrzahl von unterschiedlichen Phasen des Teststrahles (40) in Interferenz mit dem reflektierten Abschnitt (50) des Referenzstrahles (42) tritt. Système optique selon la revendication 12, dans lequel ledit faisceau test (40) interfère avec ladite partie réfléchie (50) dudit faisceau de référence (42) sur une pluralité de phases différentes dudit faisceau test (40). The optical system according to claim 12 wherein said test beam (40) interferes with the reflected portion (50) of said reference beam (42) over a plurality of different phases of said test beam (40).