(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系における収差の能動補償のための装置であって、
ミラーの第１の部分および第２の部分への取り付けのために構成された少なくとも２つの端部を有する第１のフォースバーと、
該ミラーの第３の部分および第４の部分への取り付けのために構成された少なくとも２つの端部を有する第２のフォースバーと、
少なくとも１つのアクチュエータであって、該アクチュエータが該第１のフォースバーに接続された第１の端部、および該第２のフォースバーに接続された第２の端部を有し、該第１のフォースバーと該第２のフォースバーとの間での該アクチュエータの長手方向の運動により、力が該ミラーに加えられる、アクチュエータと、
前記第１のフォースバーおよび前記第２のフォースバーの重量を支持する支持構造体と、
該第１のフォースバーおよび該第２のフォースバーを該支持構造体に接続する複数のたわみ部であって、該たわみ部の各々が、該支持構造体に接続される第１の端部および該第１のフォースバーまたは該第２のフォースバーの端部に接続される第２の端部を有する、複数のたわみ部と
を備えた装置。
【請求項２】
前記第１のフォースバーおよび第２のフォースバーの各々が、２つの端部を有し、該第１のフォースバーが、該第２のフォースバーと実質的に直交する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のフォースバーおよび第２のフォースバーの各々が３つの端部を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のフォースバーが、その長手方向の中間点の近くに開口部を有し、前記第２のフォースバーが、部分的に該開口部内に含まれる、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のフォースバーが、前記開口部を形成するために二股に分け、該開口部が第１の対向面および第２の対向面を規定し、前記第２のフォースバーが、該開口部内に配置される中間部分を有し、かつ前記アクチュエータにより該第１の対向面に接続される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記アクチュエータが空気式ベローである、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
ミラーの周囲部分への取り付けのために構成された端部を有する第３のフォースバーと、
該ミラーの該周囲部分への取り付けのために構成された端部を有する第４のフォースバーと、
少なくとも１つのさらなるアクチュエータであって、該さらなるアクチュエータが該第３のフォースバーに接続された第１の端部、および該第４のフォースバーに接続された第２の端部を有し、該第３のフォースバーと該第４のフォースバーとの間での該さらなるアクチュエータの長手方向の運動により、力が該ミラーの該周囲部分に加えられる、少なくとも１つのさらなるアクチュエータと
をさらに備えた、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のフォースバーおよび前記第２のフォースバーが、Ｚ５非点収差を補償するようにアライメントされ、前記第３のフォースバーおよび前記第４のフォースバーが、Ｚ６非点収差を補償するようにアライメントされる、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記フォースバーの各々が板ばねである、請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、概して、光学系に関する。より詳細には、本発明は、半導体の製造に用いられる光学縮小系に関する。
【０００２】
（関連技術）
半導体は通常、さまざまなフォトリソグラフィー技術を用いて製造される。フォトリソグラフィー技術は、複合光学系を用いて実行される。例えば、半導体の製造に用いられる１つの複合光学系は、カタディオプトリック光学縮小系である。これらの複合光学系がそれらの意図する目的を充分に実行する一方で、半導体の製造者が半導体構成要素をより小さくしようと努めるにつれて、これらの光学系における収差を制御することはますます重要になりつつある。収差は、半導体チップに複写され得る構成要素の形状の最低限のサイズを制限する。
【０００３】
複合光学系における結像は、複数のレンズおよび１つ以上のミラーを用いて制御され得る。このようなシステムを用いて半導体上に小さな構成要素の形状を複写するために、受動素子を用いて光学系のミラーに力を加えることにより、光学系内の収差のいくらかを補償し得る。例えば、比較的うまくいく場合として、ミラーに取り付けられた受動素子を用いて、光学系内の非点収差の少なくとも一部を補償することができる。しかし、公知の受動素子には限界があり、そしてこれらの受動素子は、温度変化等の環境要因によって起こる非点収差および他の収差の変化を補償するのに必要な制御要素を提供しない。
【０００４】
複合光学系における収差を制御して、半導体上に非常に小さな構成要素の形状を複写するのにこのような光学系を使用可能にする新たな手段が必要である。
【０００５】
（発明の要旨）
本発明は、光学系における収差の能動補償のための装置、システムおよび方法を提供する。好適な実施形態において、第１および第２のフォースバー（ｆｏｒｃｅ  ｂａｒ）はミラーに取り付けられる。第１のフォースバーは二股に分かれ、長手方向の中間点の近傍に開口部を形成する。この開口部は、第１および第２の対向面を規定する。第２のフォースバーは、第１のフォースバーに対して実質的に垂直であり、第１のフォースバーの開口部を通過するように延び、第２のフォースバーの中間部分が、第１のフォースバーの開口部に配置される。第２のフォースバーは、少なくとも１つのアクチュエータによって、第１の表面に接続される。アクチュエータの長手方向の運動が、ミラーに力を加え、ミラーをずらすかまたはミラーを変形させる。支持構造体を用いて、フォースバーおよびアクチュエータの重量を支持する。フォースバーは、複数のたわみ部（ｆｌｅｘｕｒｅｓ）によって支持構造体に接続される。
【０００６】
本発明の好ましい実施形態において、フォースバーは板ばねであり、アクチュエータは空気式ベローである。光学系における収差を制御するために用いられるパラメータを計測する感知モジュールは、制御モジュールに情報を提供する。制御モジュールは、感知モジュールから情報を受け取り、空気供給モジュールを制御して、空気式ベローを操作する。
【０００７】
（好適な実施形態の詳細な説明）
本明細書中に組み込まれ、本明細書の一部分をなす添付の図面は、本発明を例示し、説明と共に本発明の原理をさらに解説し、当業者が本発明を実施し、使用することを可能にする。
【０００８】
添付の図面を参照して本発明を説明する。図中、同じ参照番号は、同一か、または機能的に同様の構成要素を示す。さらに、参照番号の最も左の位の数は、その参照番号が最初に現れた図面を示す。
【０００９】
（発明および用語の概要）
本発明は、光学系における収差の能動補償のための装置、システムおよび方法を提供する。例えば、本発明は、半導体の製造に用いられる光学縮小系における非点収差および他の収差を、能動的に補償するために用いられ得る。本発明は、フォースバーおよびアクチュエータを用いてミラーの反射面を曲げ、それにより、曲がっていないミラーによる反射作用と相対的に、入射電磁波面を選択的に変化させる。１つの実施形態において、フォースバーは、複数のたわみ部によってミラーの周辺部に取り付けられる。
【００１０】
本発明をよりよく説明するために、下記の用語を定義する。
【００１１】
用語「収差」は、画像を近軸画像（ｐａｒａｘｉａｌ  ｉｍａｇｅｒｙ）の規則から逸脱させる光学系の欠陥を意味する。収差は、例えば、ゼルニケ円多項式によって説明され得る。しかし、ゼルニケ円多項式は、収差を説明する唯一の方法ではないということは、当業者に公知である。
【００１２】
用語「能動補償」は、ミラーの反射面等の光学素子をさまざまな方法によって変形させるか、または曲げて、光学系およびその関連する結像の性能を補正または制御することを意味する。能動補償は、例えば、温度等の環境条件の変化による非点収差の補償に用いられ得る。能動補償システムは、開ループまたは閉ドループの制御素子を含み、手動による介入を必要とすることなく光学要素の変形または曲げを制御し得る。これは、本明細書中の記載を考えると、当業者に公知である。
【００１３】
用語「アクチュエータ」は、機械装置に力を加えるか、またはずらすために用いられ得る任意の装置を意味する。アクチュエータは、例えば、電気機械的または空気によって操作され得る。
【００１４】
用語「非球面鏡」は、非球面を有するミラーを意味する。ミラーの非球面は、例えば、カタディオプトリック光学系の中で用いられ得、非球面の反射作用と相対的に、入射電磁波面を変化させる。
【００１５】
用語「非点収差」は、光学系の接線方向および放射状の画像平面が軸方向に分離される収差を意味する。
【００１６】
用語「カタディオプトリック光学系」は、反射と屈折との両方を用いて集光力を達成する光学系を意味する。カタディオプトリック光学系のレンズおよびミラーの相対的な力は、システムによって異なるが、このようなシステムは、通常システム集光力の大部分を達成するために反射面を微少な集光力またはゼロの集光力を有する屈折面と併せて用いるという特徴がある。これらのシステムは、改善された収差の特性を有する画像を生成する。
【００１７】
用語「たわみ部」は、実質的に１つの次元にのみが堅いデバイスを意味する。ロッドによって接続された２つのボールジョイントは、たわみ部の１つの例である。本発明の好適な実施形態に用いられるたわみ部は、金属ロッドを含む。金属ロッドは、そのロッドから切り出された、４つの対向する対として配置される８つのノッチを有する。対向するノッチの対は、金属ロッドの一方の端部から切り出され、ノッチの底部はお互いに向き合い、且つほとんど触れている。２つのさらなるノッチが、第１の対向するノッチの対の真下に、第１の対向するノッチの対に対して９０度（垂直）にロッドから切り出される。金属ロッドの反対の端部は、同様の様態で切られた２対のノッチを有する。
【００１８】
用語「フォースバー」は、その中間点の近傍で力を受け取り、その力を端部に伝えることが可能である縦形のデバイスを意味する。板ばねおよび金属ロッドは、フォースバーの例である。
【００１９】
用語「収差に関するパラメータ」は、監視され得、光学系内の収差の存在を予想するため、かつ／または収差を補償するために光学要素を制御するのに有用である任意のパラメータを意味する。例として、温度、圧力および電磁エネルギーが含まれる。
【００２０】
用語「補正信号」は、光学系における収差を能動的に補正または補償するために、光学系の光学素子に適用される力または変位量を決定するのに用いられる、任意の信号または値を意味する。
【００２１】
（本発明が用いられ得る例示的な光学系）
図１は、本発明が用いられ得る例示的な光学系１００を示す。例示的な光学系１００は、説明のためのみに示され、本発明の範囲を制限することを意図しない。本明細書中の記載を考えると、当業者にとって明らかであるように、本発明は、多くの異なる光学系の収差を補償するのに用いられ得る。
【００２２】
例示的な光学系１００は、カタディオプトリック光学縮小系である。例示的な光学系１００は、半導体の製造に用いられる。図１に示すように、例示的な光学系１００は、レチクル１１０、第１のレンズ群１２０、折りたたみ鏡１３０、第２のレンズ群１４０、ビームスプリッターブロック１５０、四分の一波長板１６０、凹型鏡１７０、収差補償モジュール１７５および第３のレンズ群１８０を含む。半導体またはウェハは、画像平面１９０に配置される。
【００２３】
光学系１００にレチクル１１０から入射する入射電磁波面は、画像平面１９０上の焦点に集光される。光学系１００は、レチクル１１０に配置される半導体マスクの形状を、画像平面１９０に配置されるウェハの上に複写するのに用いられ得る。入射電磁波面は、レチクル１１０から光学系１００に入射し、レンズ群１２０を通過する。折りたたみ鏡１３０は、レンズ群１２０から出射される入射電磁波面をレンズ群１４０およびビームスプリッターブロック１５０内に指向する。ビームスプリッターブロック１５０は、入射してくる電磁波面の一部分を四分の一波長板１６０を介して、ミラー１７０に指向する。ミラー１７０は、入射してくる電磁波面で反射して、再度、四分の一波長板１６０およびビームスプリッターブロック１５０を通って、レンズ群１８０へ向ける。電磁波面がレンズ群１８０から出射されると、画像平面１９０上の焦点に集光される。
【００２４】
図１に示されるように、収差補償モジュール１７５がミラー１７０に取り付けられる。収差補償モジュール１７５は、例えば、ミラー１７０と光学系１００との両方の非点収差を補償するために用いられる。収差補償モジュール１７５は、例えば、ミラー１７０の周囲に力を加えて、ミラー１７０の反射面を曲げるか、または変形することにより、非点収差を補償する。光学系１００において、ミラー１７０は、好ましくは、入射電磁波面を変化させるのに用いられ得る凹型非球面鏡である。ミラー１７０の通常の反射作用に対する入射電磁波面が変化する量は、収差補償モジュール１７５によってミラー１７０に加えられる曲げ力または変位力によって制御される。
【００２５】
（光学系における収差）
すべての光学系が、収差を有する。収差は、光学系で用いられるレンズおよびミラーに内在する欠点によって起こる。例えば、非点収差は、単色収差の１例であり、この単色収差は画像のぼけを起こす。下で説明するように、本発明は、光学系１００における非点収差を補正または補償するために用いられ得る。しかし、本発明は、光学系１００における非点収差のみを補正することに限定されず、このことは、本明細書中の本発明に関する記載を考慮すると、当業者にとって明らかである。
【００２６】
図２Ａおよび２Ｂは、非点収差を有するミラーの例示的な図である。当業者に公知であるように、光学系における収差は、ゼルニケ円多項式によって説明され得る。図２Ａは、Ｚ５ゼルニケ円多項式の非点収差を有するミラー１７０ａを示す。図２Ｂは、Ｚ６ゼルニケ円多項式の非点収差を有するミラー１７０ｂを示す。図２Ａおよび２Ｂに示されるように、Ｚ５およびＺ６非点収差は、互いに４５度だけオフセットしている。
【００２７】
図２Ａに示されるように、ミラー１７０ａは、凹型の、非球反射面を有する。ミラー１７０ａの反射面は、ミラー１７０ａの周辺表面に０°および１８０°で入射する電磁波面の方が、ミラー１７０ａの周辺表面に９０°および２７０°で入射する電磁波面より早く集光するように変形される。図１に示されるように、ミラー１７０ａのＺ５非点収差は、収差補償モジュール１７５をミラー１７０ａの非反射面に取り付けることによって生じ得る。ミラー１７０ａおよび／または光学系１００におけるＺ５非点収差を補正または補償するために、収差補償モジュール１７５は、ミラー１７０ａの非反射面の周辺に０°および１８０°で、押す力または引く力を加え、ミラー１７０ａの非反射面の周辺に９０°および２７０°で、反対の押す力または引く力を加えなければならない。このように力を加えることにより非点収差が補正または補償される理由は、当業者に理解される。
【００２８】
図２Ｂに示されるように、ミラー１７０ｂはまた、凹型の非球反射面を有する。ミラー１７０ｂの反射面は、ミラー１７０ｂの周辺表面に４５°および２２５°で入射する電磁波面の方が、ミラー１７０ｂの周辺表面に１３５°および３１５°で入射する電磁波面より早く集光するように変形される。ミラー１７０ｂのＺ６非点収差は、収差補償モジュールをミラー１７０ｂの非反射面に取り付け、ミラー１７０ｂの非反射面の周辺に４５°および２２５°で押す力または引く力を加え、ミラー１７０ｂの非反射面の周辺に１３５°および３１５°で反対の押す力または引く力を加えることによって生じ得る。上記のように、このように力を加えることによりミラー１７０ｂおよび／または光学系１００におけるＺ６非点収差が補正または補償される理由は、当業者に理解される。
【００２９】
当業者に公知であるように、レンズおよびミラーは、Ｚ５非点収差およびＺ６非点収差の両方を有し得る。非点収差をＺ５非点収差またはＺ６非点収差のいずれかに区別することの重要性は、重ね合わせの原理が光学系における非点収差に適用される点にある。本明細書中の説明を考慮すると当業者に明らかであるように、光学系における非点収差はすべて、Ｚ５非点収差およびＺ６非点収差の組み合わせとして表現され得る。これが重要なのは、下で説明するように、光学系１００のＺ５非点収差およびＺ６非点収差の任意の組み合わせを補償するミラー１７０の周囲に力を加えるように非点収差補償モジュール１７５が設計され得るからである。
【００３０】
光学系１００における非点収差、またはその任意の部分は、上記と同様の様態で補正または補償される。光学系１００のレンズ群１２０およびレンズ群１４０のレンズの非点収差が原因で、電磁波面が他の位置よりも早くミラー１７０の反射面上の特定の位置に到達する。波面の到着時間の差を補償するために、収差補償モジュール１７５は、ミラー１７０の反射面上の特定の位置に到達する波面を前進または遅延させるようにミラー１７０の反射面を曲げるために用いられ得る。収差補償モジュール１７５はまた、本明細書中に記載のことを考えると当業者に明らかなように、レンズ群１８０における非点収差を補償するためにも用いられ得る。
【００３１】
光学系１００において、どの程度正確に非点収差を補正または補償し得るかは、下で詳細に説明するように、ミラー１７０を曲げるために用いられる装置の種類による。
【００３２】
（非点収差の受動的補償のための装置）
光学系１００における非点収差を補償する１つの手段は、図３Ａに示すように、ミラー１７０の非反射面に、受動的補償デバイス３００を取り付けることである。補償デバイス３００等の受動的補償デバイスは、意図される目的には良好に機能する一方で、非点収差を補償する能力には制限がある。例えば、受動的補償デバイスは、温度等の環境要因に起因する非点収差における変化を補償するために必要とされる制御要素を提供しない。本発明の特徴をさらに明確に示すために、受動的補償デバイス３００、およびその制限を以下で説明する。
【００３３】
図３Ａ（側面図）および図３Ｂ（上面図）は、受動的補償デバイス３００を示す。受動的補償デバイス３００は、金属バー３１０、および金属バー３１０の端部に取り付けられた２つの足部３３０ａおよび３３０ｂを備える。受動的補償デバイス３００は、ワッシャー３１５、サムナット３２０、およびネジ３５０を用いてミラー１７０に取り付けられる。ネジ３５０は、皿穴ワッシャー３４０を用いてミラー１７０の非反射面に取り付けられる。
【００３４】
受動的補償デバイス３００は、ミラー１７０の押す力（ｐｕｓｈｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）が必要な部分と、足部３３０ａおよび３３０ｂとをアライメントすることにより、非点収差を補償するために用いることができる。例えば、受動的補償デバイス３００が、図２Ａのミラー１７０ａに取り付けられた場合、足部３３０ａおよび３３０ｂは、それぞれ、９０°および２７０°に位置する。受動的補償デバイス３３０が、図２Ｂに示すミラー１７０ｂに取り付けられた場合、足部３３０ａおよび３３０ｂは、それぞれ、１３５°および３１５°に位置する。ミラー１７０に加えられる補償力（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）の量は、サムナット３２０により制御される。
【００３５】
図３Ａおよび３Ｂに見られるように、受動的補償デバイス３００は、大きな制限がある。この制限により、受動的補償デバイス３００、およびいずれの同様の受動的補償デバイスも、半導体におけるミクロンサイズの構成要素形状等の微細な形状の非常にシャープな画像を複写するために必要とされる光学系で用いられることが妨げられる。
【００３６】
例えば、受動的補償デバイス３００は、変化する環境的条件に基づいて、ミラー１７０に加えられる力を自動的に調整する制御要素を有さない。当業者には公知のとおり、光学系における非点収差は、温度等の環境的条件の変化により影響される。温度の変化により、異なる割合で、光学系の異なる構成要素を膨張または収縮する傾向にある熱応力が生じる。また、温度の変化により、光学材料の屈折率にも変化が生じる。均一な温度環境において、光学材料の屈折率が変化するにつれ、非点収差を含む収差が発達する。これらの構成要素の光学特性が温度とともに変化するにつれ、光学系における非点収差等の収差が変化する。受動的補償デバイス３００を用いた場合、ミラー１７０に加えられる補償力を能動的に変化させる手段がないため、いく分のブレが、収差（例えば、非点収差）により、画像面１９０で常に発生する。
【００３７】
受動的補償デバイス３００はまた、ミラー１７０の周囲に押す力を加えることのみ可能であるため、非点収差を補償する能力に制限がある。図２Ａおよび２Ｂを参照して上述したとおり、光学系における非点収差等の収差を正確に補正または補償するためには、引く力（ｐｕｌｌｉｎｇ  ｆｏｒｃｅ）および押す力の両方が、ミラー１７０に加えられなければならない。
【００３８】
図３Ａに示すとおり、受動的補償デバイス３００は、ミラー１７０の中心軸に引く力を加える。これは、ミラー１７０に受動的補償デバイス３００を取り付けるために用いられる手段による。これにより、ミラー１７０の軸上に、非点収差を補償せずにミラー１７０の反射面を歪曲させる傾向がある引く力が生成される。本明細書中の議論により、当業者には明らかなとおり、ミラー１７０の中心軸に加えられる引く力は、非点収差がオフアクシス収差（ｏｆｆ−ａｘｉｓ  ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ）であるため、非点収差を補正または補償しない。
【００３９】
受動的補償デバイス３００のさらなる制限は、その重量がミラー１７０により支持されることである。よって、受動的補償デバイス３００の重量は、ミラー１７０の反射面を歪曲させる傾向にあり、光学系１００が微細な形状の非常にシャープな画像を複写することを妨げ得る。
【００４０】
受動的補償デバイス３００および同様のデバイスの別の制限は、本明細書中の議論により、当業者には明らかである。本発明はこの制限を克服する。
【００４１】
（光学系における収差の能動補償のための装置）
本発明は、光学系における収差の能動補償のために用いることができる装置を提供する。例えば、以下に詳述する本発明の特定の実施形態は、Ｚ５非点収差およびＺ６非点収差の両方を同時に補償することが可能である。本明細書中の議論により、当業者に明らかであるとおり、本発明の実施形態は、光学系におけるいずれの収差も補償することが可能である。
【００４２】
図４Ａ（側面図）および図４Ｂ（上面図）は、本発明の１つの実施形態による光学系１００における非点収差の能動補償のための補償モジュール４００を示す。補償モジュール４００は、アクチュエーター４２０によりフォースバー（ｆｏｒｃｅ  ｂａｒ）４１５に接続されたフォースバー４１０を備える。フォースバー４１０および４１５は、複数のたわみ部（ｆｌｅｘｕｒｅｓ）４３０により、ミラー１７０に取り付けられる。フォースバー４１０および４１５の重量は、補償モジュール４００の他の構成要素の重量と同様に、ミラー１７０ではなく、支持構造体４５０により支持される。
【００４３】
図４Ａおよび４Ｂに見られるように、フォースバー４１０は、フォースバー４１５と実質的に直交する。１つの実施形態では、フォースバー４１０が、その長手方向の中間点の近くに開口部を有する。この開口部は、フォースバー４１０の中間点の近くでフォースバー４１０を二股に分けることによってフォースバー４１０内に形成されるため、第１対向面および第２対向面を有する。フォースバー４１５は、フォースバー４１０内の開口部を通り、部分的に開口部内に含まれる。この配置により、アクチュエータ４２０ａおよび４２０ｂが、フォースバー４１５をフォースバー４１０の第１の対向面に接続することが可能となり、アクチュエータ４２０ｃおよび４２０ｄが、フォースバー４１５をフォースバー４１０の第２対向面に接続することが可能となる。当業者には明らかなとおり、本発明が適切に機能するためには、１つのアクチュエータ４２０だけでよく、アクチュエータ４２０用いたフォースバー４１０および４１５を接続する他の手段が利用可能である。例えば、フォースバー４１０が開口部を有さないことあり得る。その場合、フォースバー４１５は、フォースバー４１０とフォースバー４１５との交点に位置する１つのアクチュエータだけでフォースバー４１０に接続することができる。
【００４４】
図４Ａおよび４Ｂに示す例示的な実施形態では、フォースバー４１０および４１５の端部が、たわみ部４３０により、ミラー１７０の周囲に取り付けられる。フォースバー４１０の一方の端部は、たわみ部４３０ａにより、ミラー１７０に取り付けられる。フォースバー４１０の他方の端部は、たわみ部４３０ｂによりミラー１７０に取り付けられる。本発明の実施形態では、フォースバー４１０および４１５が、それぞれ、金属で作製される。フォースバー４１０および４１５はまた、板ばねであってもよい。
【００４５】
図４Ａおよび４Ｂに示す例示的な実施形態では、アクチュエータ４２０は空気式ベローである。制御用空気（ｃｏｎｔｒｏｌ  ａｉｒ）が、空気供給線４２２を用いて、空気式ベロー４２０に供給される。図４Ａおよび４Ｂに示すとおり、空気供給線４２２ａが、制御用空気を空気式ベロー４２０ａに供給し、空気供給線４２２ｂが、制御用空気を空気式ベロー４２０ｂに供給する。さらなる空気供給線（図示せず）が、必要であれば、任意の空気式ベロー４２０ｃおよび４２０ｄに制御用空気を供給する。空気式ベロー４２０ａおよび４２０ｂが空気式ベロー４２０ｃおよび４２０ｄの圧力よりも大きな圧力に加圧される場合、フォースバー４１０の端部は、ミラー１７０の周囲に引く力を加える。これらと同じ条件のもと、フォースバー４１５の端部が、ミラー１７０の周囲に押す力を加える。空気式ベロー４２０ｃおよび４２０ｄから周囲に排気し、かつ空気式ベロー４２０ａおよび４２０ｂを大気圧よりも大きな圧力に加圧することにより、フォースバー４１０の端部が、ミラー１７０の周囲に引く力を加え、かつフォースバー４１５の端部が、ミラー１７０の周囲に押す力を加える。
【００４６】
本発明の別の実施形態では、アクチュエータ４２０は、空気式デバイスではなく、ソレノイド等の電気機械デバイスであり得る。空気式ベロー以外のアクチュエータを用いることが企図され、これは、圧縮空気のソースを容易に利用できない光学系では有利であり得る。他の実施形態では、アクチュエータ４２０が水圧式または圧電デバイスであり得る。アクチュエータ４２０の数は変更することができる。
【００４７】
図４Ａおよび４Ｂに見られるように、フォースバー４１０および４１５の重量は、補償モジュール４００の他の構成要素の重量と同様に、支持構造体４５０により支持される。フォースバー４１０および４１５の端部は、たわみ部４５５により支持構造体４５０に接続される。好適な実施形態では、支持構造体４５０は環状である。支持構造体４５０は、接続デバイス４６５により、光学系１００の重量軸受け部４６０に接続される。支持構造体４５０は、光学系１００の性能に影響を及ぼすことなく、補償モジュール４００の重量を支持することができる光学系１００の任意の重量軸受け部４６０に接続することができる。支持構造体４５０は、支持構造体４５０を重量軸受け部４６０に接続する機能を実施する任意の接続デバイス４６５により、重量軸受け部４６０に接続され得る。
【００４８】
図５Ａ（側面図）および図５Ｂ（上面図）は、光学系におけるＺ５非点収差およびＺ６非点収差の両方の組み合わせを同時に補償することができる補償モジュール５００を示す。図５Ａおよび５Ｂに見られるように、補償モジュール５００は、補償モジュール４００と同様に動作する２つの調整可能フォースモジュール（ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ  ｆｏｒｃｅ  ｍｏｄｕｌｅｓ）５０１Ａおよび５０１Ｂを備える。各調整可能フォースモジュール５０１は、アクチュエータにより接続された２つの実質的に垂直なフォースバーを備える。図５Ａでは、フォースバー５４０の開口部をより明確に示すために、調整可能フォースモジュール５０１Ｂが、実際の位置から４５°回転して示される。フォースモジュール５０１Ｂの実際の向きを図５Ｂに示す。取り付けたわみ部４３０、およびフォースモジュール５０１を備えるフォースバーの幾何学的配置は、機械的干渉なしで、独立した動作を可能にする他のハードウェアとともに選択される。
【００４９】
図５Ｂに示すとおり、調整可能フォースモジュール５０１Ａは、Ｚ５非点収差を補償するようにアライメントされ、かつフォースバー５１０および５２０を備える。調整可能モジュール５０１Ｂは、Ｚ６非点収差を補償するようにアライメントされ、かつフォースバー５３０および５４０を備える。本明細書中の議論により、当業者には明らかなとおり、補償モジュール５００は、光学系１００のいずれの非点収差も能動的に補償するように調整され得る。
【００５０】
補償モジュール５００は、２つの調整可能フォースモジュールのみを備えるように示してあるが、２より多くの調整可能フォースモジュールが用いられ得る状況もある。例えば、ミラー１７０のサイズ、および単一の調整可能フォースモジュールによりミラー１７０に加えられ得る最大の力のために、その使用が正当である用途において、２より多くの調整可能フォースモジュールが用いられ得る。２より多くの調整可能フォースモジュールの使用が所望され得る他の用途は、本明細書中の議論により、当業者には明らかである。例えば、力が中心軸から異なる距離で加えられる場合がそうである。
【００５１】
（光学系における収差の能動補償のためのシステムおよび方法）
図６は、本発明による光学系１００における非点収差等の収差を能動的に制御するシステム６００の好適な実施形態を示す。システム６００は、空気式アクチュエータ４２０を有する補償モジュール５００、制御モジュール６１０、感知モジュール６２０、空気供給モジュール６３０、および三方弁６４０を備える。空気式補償モジュール５００は、上述のとおりに動作する。補償モジュール５００の動作は、感知モジュール６２０から受信した情報を用いて、制御モジュール６１０により制御される。補償モジュール５００は、三方弁６４０、ならびに空気供給線４２２および６３８を用いて、空気供給モジュール６３０に接続される。制御モジュール６１０は、三方弁６４０を制御することにより、空気式アクチュエータ４２０内の圧力を制御する。
【００５２】
本発明の１つの実施形態では、システム６００が、図７に示す方法７００を用いて、光学系１００における非点収差等の収差を制御する。方法７００は、平衡状態のシステム６００から開始する。
【００５３】
方法７００の工程７１０では、感知モジュール６２０が、光学系１００における収差に関連するパラメータを監視するために用いられ、かつ光学系１００における非点収差等の収差の存在を予測するために用いられる。感知モジュール６２０は、測定可能で、かつ光学系１００における非点収差等の収差の制御に関連し得る任意のパラメータを監視することができる。例えば、感知モジュール６２０は、光学系１００の様々な位置の温度を監視することができる。温度は、非点収差に影響を及ぼす光学系１００における熱的に引き起こされる光学的変化を判定するために用いられ得る１つのパラメータである。感知モジュール６２０により監視される温度は、例えば、光学系１００における非点収差の存在を予測するアルゴリズムで用いられ得る。あるいは、感知モジュール６２０により監視される温度は、例えば、光学系１００における非点収差の存在を予測するために用いられるメモリユニット６１４内に格納されるルックアップテーブル内の所定の値を検索するために用いられ得る。感知モジュール６２０はまた、例えば、ビームスプリッタブロック１５０で光学系１００を出る電磁エネルギー等の他のパラメータを監視することもできる。光学系１００を出る電磁エネルギーは、光学系１００における非点収差が補正されているかどうかを判定するために用いられ得る。感知モジュール６２０により監視され得る他のパラメータは、本明細書中の議論により、当業者には明らかである。
【００５４】
方法７００の工程７２０では、制御モジュール６１０が、非点収差等の収差に関連する補正信号を生成するために感知モジュール６２０の出力を用いる。本発明の１つの実施形態では、制御モジュール６１０は、通信リンク６１６を用いて、感知モジュール６２０と通信する。図６に示すとおり、制御モジュール６１０は、中央処理装置（ＣＰＵ）６１２、およびメモリユニット６１４を備える。１つの実施形態では、いくつかのパラメータが、感知モジュール６２０により同時に監視され得る。あるいは、いくつかの感知モジュール６２０が、いくつかのパラメータを監視するために用いられ得る。
【００５５】
感知モジュール６２０の出力を光学系１００における非点収差等の収差に関連付けるデータは、実験的または分析的に決定され、そしてメモリユニット６１４内に格納され得る。メモリユニット６１４内にデータを格納する１つの技術は、ルックアップテーブルにデータを格納することである。例えば、感知モジュール６２０が、温度および圧力の両方を監視する場合、感知モジュール６２０により測定され得る様々な温度が、光学系１００の温度を空気式アクチュエータ４２０内の圧力に関連付けるメモリユニット６１４内のルックアップテーブルに格納される。本実施形態では、ＣＰＵ６１２は、温度データおよび圧力データを感知モジュール６２０から受信する。次いで、ＣＰＵ６１２は、メモリユニット６１４内に格納されたルックアップテーブル内の感知モジュール６２０から受信された温度データに対応する空気式アクチュエータ４２０の圧力を検索する。ＣＰＵ６１２は、ルックアップテーブルから取り出された圧力データと感知モジュール６２０の出力から受信された圧力データとの差に基づいて、補正信号を生成する。別の実施形態では、制御モジュール６１０が、メモリ内に格納されたルックアップテーブルからデータを取り出さずに、感知モジュール６２０の結合された出力にのみ基づいて、補正信号を生成する。当業者は、感知モジュール６２０の出力に基づいて補正信号を生成する他の方法および技術が企図され、かつそれらが本発明の一部とみなされることを理解する。これらの方法および技術は、開ループ制御手段および閉ループ制御手段の両方を含む。これらの方法および技術はまた、フィードバックループを含み得る。
【００５６】
方法７００の工程７３０では、工程７２０で生成された補正信号が、空気式アクチュエータ４２０内の空気圧を調整するために用いられるため、光学系１００における非点収差等の収差を補償することができる。図６に示すように、システム６００は、空気供給モジュール６３０を有する。空気供給モジュール６３０は、空気式アクチュエータ４２０内の空気圧を調整するために用いられ得る。空気式アクチュエータ４２０内の空気圧を調整することにより、補償モジュール５００によりミラー１７０の非反射面に加えられる曲げ力または変位力を変化させる。１つの実施形態では、圧縮空気がエアタンク６３５内に入れられる。エアタンク６３５内の圧縮空気の圧力は、タンク内の空気圧を調節および維持する周知の機構（図示せず）により判定および調節される。これらの機構が空気供給モジュール６３０の一部を構成する。空気式アクチュエータ４２０内の空気圧が補正信号に基づいて増加する必要がある場合、制御モジュール６１０は、通信リンク６１８を介して三方弁６４０へと信号を送信する。この信号は、三方弁６４０の位置を変更し、所望の空気圧が空気式アクチュエータ４２０内で確立されるまで、エアタンク６３５からの圧縮空気が空気式アクチュエータ４２０へ流れることを可能にする。空気式アクチュエータ４２０内の空気圧が、補正信号に基づいて減少する必要がある場合、制御モジュール６１０は、空気式アクチュエータ４２０内の所望の空気圧が確立されるまで、空気式アクチュエータ４２０内の空気を周囲に排気する三方弁６４０へと信号を送信する。
【００５７】
方法７００の工程７４０では、工程７１０〜工程７３０が、光学系１００における収差のさらなる補正または補償を達成するために、ループ内で連続して繰り返される。光学系１００における収差の能動補償は、制御が方法７００の工程７５０に進み終了する。
【００５８】
光学系における収差を能動的に補償するために用いられ得る本発明の種々の実施形態が上述された。これらの実施形態は、例示によってのみ示されており、限定のためではないことに留意されたい。
【００５９】
特に、本発明の実施形態が、非点収差以外の光学系における収差を補正または補償するために用いられ得、かつ本発明が非点収差を補正または補償することのみに限定されないことを当業者は理解する。例えば、本明細書中に記載されたフォースモジュールは、モジュール毎のフォースバーの数を変更すること、ミラーとフォースバーとの間の取り付け点の数を変更すること、および／またはミラーの中心軸から取り付け点への距離を変更することにより、異なる収差を補正するように適合することができる。さらに、フォースバー毎の端部の数が変更され得る。例えば、フォースバーは、フォースバーの形状および構成に依存して、３、４、５、またはそれ以上の端部を有し得る。より高次の収差が、例えば、本明細書中の論議により、当業者には明らかであるように、異なる向きのフォースモジュールの複数の組み合わせを用いることにより補正され得る。
【００６０】
また、上述した実施形態の形式および詳細の種々の変更が、請求の範囲に規定される本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることを当業者は理解する。よって、本発明の広さおよび範囲は、上述した例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではないが、請求の範囲およびその均等物によってのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明が用いられ得る例示的な光学系を示す図である。
【図２Ａ】  図２Ａは、Ｚ５ゼルニケ円収差を有するミラーを示す図である。
【図２Ｂ】  図２Ｂは、Ｚ６ゼルニケ円収差を有するミラーを示す図である。
【図３Ａ】  図３Ａは、光学系における非点収差の補償のための例示的な受動素子を示す側面図である。
【図３Ｂ】  図３Ｂは、光学系における非点収差の補償のための例示的な受動素子を示す平面図である。
【図４Ａ】  図４Ａは、本発明の１つの実施形態による、光学系における非点収差の能動補償のための例示的な装置を示す側面図である。
【図４Ｂ】  図４Ｂは、本発明の１つの実施形態による、光学系における非点収差の能動補償のための例示的な装置を示す平面図である。
【図５Ａ】  図５Ａは、本発明の第２の実施形態による、光学系における非点収差の能動補償のための例示的な装置を示す側面図である。
【図５Ｂ】  図５Ｂは、本発明の第２の実施形態による、光学系における非点収差の能動補償のための例示的な装置を示す平面図である。
【図６】  図６は、本発明の１つの実施形態による、光学系における非点収差の能動補償のための例示的なシステムを示す図解である。
【図７】  図７は、本発明の１つの実施形態による、光学系における非点収差の能動補償のための例示的な方法を示すフローチャートである。
【図１】
0004567273.tif 000002
【図２Ａ】
0004567273.tif 000003
【図２Ｂ】
0004567273.tif 000004
【図３Ａ】
0004567273.tif 000005
【図３Ｂ】
0004567273.tif 000006
【図４Ａ】
0004567273.tif 000007
【図４Ｂ】
0004567273.tif 000008
【図５Ａ】
0004567273.tif 000009
【図５Ｂ】
0004567273.tif 000010
【図６】
0004567273.tif 000011
【図７】
0004567273.tif 000012