DD294805A5 - LIGHTING SYSTEM FOR LASER AND SUPER RADIATION - Google Patents

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DD294805A5
DD294805A5 DD34116090A DD34116090A DD294805A5 DD 294805 A5 DD294805 A5 DD 294805A5 DD 34116090 A DD34116090 A DD 34116090A DD 34116090 A DD34116090 A DD 34116090A DD 294805 A5 DD294805 A5 DD 294805A5
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laser
mirror tunnel
illumination system
tunnel
radiation
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DD34116090A
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Hold Dienemann
Sigurd Kusch
Reiner Guether
Uwe Sarbach
Original Assignee
Carl Zeiss Jena Gmbh,De
Zi Fuer Optik Und Spektroskopie Der Adw,De
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem fuer Laser- und Superstrahlung, das in der UV-Lithografie zur gleichmaeszigen Ausleuchtung des Objektfeldes anwendbar ist. Das erfindungsgemaesze Beleuchtungssystem ist zusaetzlich zu einem bekanntermaszen vorhandenen Spiegeltunnel und dessen einkoppelnden Element mit mindestens einem weiteren Spiegeltunnel zum Vorglaetten der Strahlung versehen. Damit wird eine geringe Abweichung in der Intensitaetsverteilung bei groszen Objektfeldern erzielt. Des weiteren lassen sich Intensitaetsprofilaenderungen von Laserimpuls zu Laserimpuls ausgleichen. Fig. 1{Beleuchtungssystem; Laser; UV-Lithografie; Spiegeltunnel; Ausleuchtung, gleichmaeszig; Intensitaetsprofil; Objektfeld; Medizintechnik; Excimerlaser; Impulslaser}The invention relates to a lighting system for laser and super radiation, which is applicable in UV lithography for gleichmaeszigen illumination of the object field. The illumination system according to the invention is provided with at least one further mirror tunnel for pre-glazing the radiation, in addition to a mirror tunnel which is known to exist and its coupling element. This achieves a small deviation in the intensity distribution in large object fields. Furthermore, intensity profile changes from laser pulse to laser pulse can be compensated. Fig. 1 {lighting system; Laser; UV lithography; Mirror tunnel; Illumination, uniform; Intensitaetsprofil; Object field; medical technology; excimer laser; Pulse Laser}

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Beleuchtungssystem für Laser und Superstrahlung, das in der UV-Lithografie zur fotografischen Abbildung kleiner Strukturen anwendbar ist. Die vorliegende Beleuchtungseinrichtung sichert eine gleichmäßige Ausleuchtung des Objektfeldes mit einer Abweichung von wenigen Prozent auch bei relativ großen Flächen, z. B. größer gleich 100 x 100 mm2. Weiterhin ist das vorgeschlagene Beleuchtungssystem zur Nachschaltung an einen Impulslaser mit Intensitätsprofilschwankungen von Impuls zu Impuls geeignet, wie beispielsweise den Excimerlaser, um reproduzierbare Abbildungen bzw. ortsstabile Brennpunkte mit einer einfachen Optik zu erhalten. Damit werden alle Impulslaser mit Intensitätsprofilschwankungen in der Impuls-zu Impulsstrahlung auch für die Medizintechnik und in der Materialbearbeitung einsetzbar.The invention relates to an illumination system for laser and superradiation, which is applicable in UV lithography for the photographic imaging of small structures. The present illumination device ensures a uniform illumination of the object field with a deviation of a few percent even with relatively large areas, eg. B. greater than or equal to 100 × 100 mm 2 . Furthermore, the proposed illumination system is suitable for connection to a pulsed laser with intensity profile fluctuations from pulse to pulse, such as the excimer laser, to obtain reproducible images or spatially stable foci with a simple optics. This means that all pulse lasers with intensity profile fluctuations in pulse-to-pulse radiation can also be used for medical technology and material processing.

Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art Als Spiegeltunnel ausgebildete Baugruppen für Beleuchtungseinrichtungen sind an sich bekannt. In der US-PS 4427283 ist einFormed as a mirror tunnel assemblies for lighting devices are known per se. In US-PS 4427283 is a Gerät zum Herstellen von Farbfotos beschrieben, bei dem zwischen der Lichtquelle und dem Negativfilm ein leicht kegelförmigerDevice for producing color photos described in which between the light source and the negative film a slightly conical Spiegeltunnel mit nachgeschalteter Kondensorlinse angeordnet ist, wobei das Ziel der Erfindung darin besteht, neben einerMirror tunnel is arranged with a downstream condenser lens, the aim of the invention is, in addition to a

gleichmäßigen Beleuchtung ein Unterdrücken des Einflusses von Kratzern im Negativfilm und eine Erhöhung der Effizienz desuniform lighting suppressing the influence of scratches in the negative film and increasing the efficiency of the

Kopierprozesses zu erreichen.To achieve copying process. Der Einsatz eines rohrförmigen Spiegeltunnels zwischen einer Kondensorlinse und einem Bündel von Lichtleitfasorn in einemThe use of a tubular mirror tunnel between a condenser lens and a bundle of Lichtleitfasorn in one Endoskop wird in der US-PS 4576435 vorgeschlagen. Das Ziel der Erfindung besteht darin, das Bündel der LichtleitfasernEndoscope is proposed in US Patent 4576435. The object of the invention is the bundle of optical fibers

gleichmäßig zu beleuchten, um dessen Zerstörung zu verhindern und zum anderen auch das zu beobachtende Objekt besser ausleuchten zu können.to illuminate evenly to prevent its destruction and to be able to better illuminate the object to be observed on the other.

Auch für den Ausgleich der über den Querschnitt eines Laserstrahles im allgemeinen ungleichmäßig verteilten Intensität wurdeAlso for the compensation of the over the cross section of a laser beam in general unevenly distributed intensity was

der Einsatz von Spiegeltunneln bereits vorgeschlagen. In der US-PS 4 S47044 ist die Faltung des Laserstrahlquerschnittes mittels mehrerer Spiegel mit eingefügten Zwischenabbildungen beschrieben. Solche Systeme weisen einen geknickten Strahlengang auf und sind deshalb schwer zu justieren. Für die Ausleuchtung großer Objektfelder von z. B. 100 x 100mm2 sind sowohl diethe use of mirror tunnels already proposed. In US-PS 4 S47044 the folding of the laser beam cross-section is described by means of several mirrors with inserted intermediate images. Such systems have a kinked beam path and are therefore difficult to adjust. For the illumination of large object fields of z. B. 100 x 100mm 2 are both the

Abmaße der optischen Elemente als auch die des Gesamtsystems nicht praktikabel. Alternativ wird in dieser Schrift deshalb derDimensions of the optical elements as well as the overall system impractical. Alternatively, in this document is therefore the Einsatz von kegel- oder pyramidenförmigen Lichttunneln vorgeschlagen.Use of conical or pyramidal light tunnel proposed. Nachteil derartiger Lösungen für die Projektionslithografie ist aber, daß wegen der Neigung der reflektierenden SeitenDisadvantage of such solutions for projection lithography, however, is that because of the inclination of the reflective sides

zueinander nur wenige virtuelle Lichtquellen an der Ausleuchtung der Eintrittspupille der Projektionsobjektive beteiligt sind, was zur Verschlechterung der Abbildungsqualität gegenüber einer vollausgeleuchteten Pupille führt.to each other only a few virtual light sources are involved in the illumination of the entrance pupil of the projection lenses, which leads to a deterioration of the image quality compared to a fully illuminated pupil.

Ein Spiegeltunnel zum Umformen eines kohärenten Laserstrahles mit ungleichmäßig räumlich verteilter Intensität in einenA mirror tunnel for transforming a coherent laser beam with unevenly spatially distributed intensity into one

inkohärenten Lichtstrahl mit im wesentlichen gleichmäßiger Intensitätsverteilung wird in der US-PS 4744615 beschrieben. Über die mit diesem System erreichbare Gleichverteilung der Intensität für große Objektfelder sind keine quantitativen Angaben bekannt.incoherent light beam having a substantially uniform intensity distribution is described in U.S. Patent 4,744,615. About the achievable with this system equal distribution of intensity for large object fields are no quantitative information known.

Alle diese Lösungen haben den gemeinsamen Nachteil, daß sie zum Ausgleich von Intensitätsprofiländerungen von LaserimpulsAll of these solutions have the common disadvantage of being able to compensate for intensity profile changes of the laser pulse

zu Laserimpuls nicht geeignet sind.are not suitable for laser pulse.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung hat das Ziel, ein Beleuchtungssystem für Laser- und Superstrahlung zu schaffen, das leicht zu justieren ist, relativ kleine Abmessungen besitzt, unempfindlich gegenüber Laserintensitätsprofiländerungen von Laserimpuls zu Laserimpuls ist und große Objektfelder gleichmäßig ausleuchten kann bei Abweichungen von kleiner +2%.The invention aims to provide an illumination system for laser and supersonic radiation that is easy to adjust, relatively small in size, insensitive to laser intensity profile changes from laser pulse to laser pulse, and capable of uniformly illuminating large object fields with deviations of less than + 2%.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Ausgehend von der Forderung, bei großen Objektfeldern geringe Abweichungen in der Intensitätsverteilung zu erzielen undStarting from the requirement to achieve small deviations in the intensity distribution for large object fields and Intensitätsprofiländerungen auszugleichen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die in den bekanntermaßen vorhandenenTo compensate for intensity profile changes, the invention is based on the object in the known existing Spiegeltunnel einzukoppelnde Strahlung vorzuglätten.Pre-focus the mirror tunnel to be coupled in radiation. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Beleuchtungssystem für Laser- und Superstrahlung mit einem Spiegeltunnel,According to the invention the object is achieved in a lighting system for laser and superradiation with a mirror tunnel,

dessen ebene, reflektierer. Jv- Innenflächen paarweise parallel zueinander und zur zentrisch liegenden optischen Achse ausgerichtet sind und mit einem vor dem Spiegeltunnel angeordneten, die Strahlung einkoppelnden Element dadurch gelöst, daß vor dem einkoppelnden Element mindestens ein weiterer Spiegeltunnel mit einer zugehörigen Einkoppeloptik vorhanden ist. Als weiterer Spiegeltunnel sollte ein Hohlprofil mit radialsymmetrischem, über die gesamte Länge des Spiegeltunnels gleichbleibendem Querschnitt, großem Verhältnis von Länge zu Durchmesser (Aspektverhältnis) und hohemits level, reflectors. Jv- inner surfaces are aligned in pairs parallel to each other and the centric optical axis and arranged with a arranged in front of the mirror tunnel, the radiation coupling element in that before the coupling element at least one further mirror tunnel with an associated coupling optics is present. Another mirror tunnel should be a hollow section with a radially symmetric cross-section over the entire length of the mirror tunnel, a large ratio of length to diameter (aspect ratio) and high

Reflexionskoeffizienten der Innenflächen vorgesehen sein.Reflection coefficients of the inner surfaces may be provided. Vorteilhafterweise kann der weitere Spiegeltunnel mit rundem Querschnitt ausgeführt sein.Advantageously, the further mirror tunnel can be designed with a round cross section. Die zum weiteren Spiegeltunnel gehörige Einkoppeloptik kann aus zwei Zylinderlinsen bestehen, deren Krümmungen senkrechtThe coupling optics belonging to the further mirror tunnel can consist of two cylindrical lenses whose curvatures are perpendicular

zueinander ausgerichtet sind. Als einkoppelndes Element vor dem ursprünglich vorhandenen Spiegeltunnel kann eine sphärische Linse vorgesehen sein. Denkbar sind hier auch ein Hohlspiegel, ein Konkavgitter oder ein Axikon.aligned with each other. As a coupling element in front of the originally existing mirror tunnel, a spherical lens may be provided. Also conceivable here are a concave mirror, a concave grating or an axicon.

Wichtig bei der Ausführung der Anordnung ist, daß in dem weiteren Spiegeltunnel eine hohe Zahl von Reflexionen erfolgenImportant in the execution of the arrangement is that done in the other mirror tunnel a high number of reflections

kann, damit schon an dessen Ausgang eine relativ gleichmäßige Intensitätsverteilung erreicht wird. Deshalb sollte der weiterecan, so that even at the output of a relatively uniform intensity distribution is achieved. That's why the others should

Spiegeltunnel einen kleinen Durchmesser bei großer Länge aufweisen.Mirror tunnel have a small diameter at a great length. Beim Betreiben des vorgeschlagenen Beleuchtungssystems nimmt das Bild der durch den weiteren Spiegeltunnel erzeugtenWhen operating the proposed lighting system, the image of the generated by the other mirror tunnel takes

virtuellen Lichtquellen eine größere Fläche ein als der Brennfleck des Lasers ohne diesen Tunnel, wodurch sich der Füllfaktor bei der Vervielfachung der in den ursprünglich vorhandenen Spiegeltunnel eintretenden Lichtverteilung verbessert.Virtual light sources a larger area than the focal spot of the laser without this tunnel, which improves the fill factor in the multiplication of the light distribution entering the original existing mirror tunnel.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß große Objektfelder gleichmäßig ausgeleuchtet und gut die beiThe advantages of the solution according to the invention are that large object fields evenly lit and good at Gasimpulslasern, insbesondere Excimerlasern, auftretenden Schwankungen der räumlichen Intensitätsverteilung von ImpulsGas pulse lasers, in particular excimer lasers, occurring fluctuations in the spatial intensity distribution of momentum

zu Impuls ausgeglichen werden, so daß mit einer nachgeschalteten Optik reproduzierbare Abbildungen bzw. ortsstabilebe balanced to pulse, so that reproducible with a downstream optics mappings or stationary

Brennpunkte möglich sind. Diese Eigenschaft legt u.a. eine Anwendung des Beleuchtungssystems in der Medizin und in derFoci are possible. This property specifies u.a. an application of the lighting system in medicine and in the Materialbearbeitung nahe. Außerdem ist das Beleuchtungssystem dadurch leicht justierbar und läßt sich kompakt aufbauen.Material processing near. In addition, the lighting system is easily adjustable and can be compact. Ausfuhrungsbeispielexemplary Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Als zugehörige Zeichnung zeigt Fig. 1 denThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. As an accompanying drawing, Fig. 1 shows the

prinzipiellen Aufbau des vorgeschlagenen Beleuchtungssystems.basic structure of the proposed lighting system.

Im Strahlengang 1 eines Excimerlasers ist voreinem Spiegeltunnel 2 und einer sphärischen Linse 3 als einkoppelndam ElementIn the beam path 1 of an excimer laser, in front of a mirror tunnel 2 and a spherical lens 3 as a coupling element

ein weiterer Spiegeltunnel 4 mit einer zugehörigen Einkoppeloptik, bestehend aus den Zylinderlinsen 5 und 6, vorhanden. Deranother mirror tunnel 4 with an associated coupling optics, consisting of the cylindrical lenses 5 and 6, available. The

Spiegeltunnel 2 besteht aus vier Auminiumspiegeln, die paarweise parallel zueinander und zur zentrisch liegenden optischenMirror Tunnel 2 consists of four aluminum mirrors, which are in pairs parallel to each other and to the centric optical Achse ausgerichtet sind. Der Querschnitt ist quadratisch ausgeführt, das Aspektverhältnis beträgt 9 be! einer Länge desAxis are aligned. The cross section is square, the aspect ratio is 9 be! a length of Spiegeltunnels 2 von 288mm.Mirror tunnels 2 of 288mm. Der weitere Spiegeltunnel 4 ist ein Rohr mit verspiegelter Innenfläche und einem Aspektverhältnis von 49 bei einer RohrlängeThe further mirror tunnel 4 is a tube with a mirrored inner surface and an aspect ratio of 49 at a tube length

von 196mm und einem Durchmesser von 4mm. Die Zylinderlinsen 5 und β sind bezüglich ihrer Krümmungen senkrecht zueinander ausgerichtet. In Strahlungsrichtung nach dem Spiegeltunnel 2 sind eine sphärische Linse 7, eine Kombination aus sphärischen Linsen 8 und 9 mit einer Kohärenzblende 10, eine sphärische Linse 11 und die Eintrittspupille (nicht dargestellt) eines Projektionsobjektivs vorgesehen.of 196mm and a diameter of 4mm. The cylindrical lenses 5 and β are aligned perpendicular to each other with respect to their curvatures. In the direction of radiation after the mirror tunnel 2, a spherical lens 7, a combination of spherical lenses 8 and 9 with a coherent diaphragm 10, a spherical lens 11 and the entrance pupil (not shown) of a projection lens are provided.

Der Strahlengang 1 der Excimerlaserstrahlung wird durch die Zylinderlinsen 5 und β in den Spiegeltunnel 4 eingekoppelt.The beam path 1 of the excimer laser radiation is coupled through the cylindrical lenses 5 and β in the mirror tunnel 4. Aufgrund der Vielfachüberlagerung im Spiegeltunnel 4 ergibt sich an dessen Ende eine ausgeglichene Verteilung der IntensitätDue to the multiple superposition in the mirror tunnel 4 results in the end of a balanced distribution of intensity

über den Querschnitt des Rohres. Die aus dem Spiegeltunnel 4 austretende Strahlung wird durch die sphärische Linse 3 in denover the cross section of the pipe. The emerging from the mirror tunnel 4 radiation is transmitted through the spherical lens 3 in the

Spiegeltunnel 2 eingekoppelt, so daß zusätzlich zur reellen Lichtquelle sechs virtuelle Lichtquellen 12 im Meridialschnitt erzeugtMirror tunnel 2 coupled, so that in addition to the real light source generates six virtual light sources 12 in the meridional section

werden. Räumlich entstehen hier 49 Bilder.become. Spatially 49 pictures are created here.

Die Strahlung, die am Ende des Spiegeltunnels 2 austritt, weist eine weitestgehend ausgeglichene Intensitätsverteilung auf undThe radiation that emerges at the end of the mirror tunnel 2, has a largely balanced intensity distribution and

wird durch die Kombination der sphärischen Linsen 8 und 9 auf die Maskenebene 13 abgebildet. Die Beleuchtung deris imaged by the combination of the spherical lenses 8 and 9 on the mask plane 13. The lighting of the

Maskenebene 13 mit der richtigen Bündelneigung wird dadurch realisiert, daß die virtuellen Lichtquellen 12 mittels derMasking plane 13 with the right bundling tendency is realized by virtue of the fact that the virtual light sources 12 by means of

sphärischen Linse 7 in die Ebene der Kohärenzblende 10 und dann durch die sphärische Linse 11 in die Eintrittspupille desspherical lens 7 in the plane of the coherence diaphragm 10 and then through the spherical lens 11 in the entrance pupil of the

Projektionsobjektives abgebildet werden.Projection lenses are displayed. Sollen große Objektfelder ausgeleuchtet werden, wird mit üblichen Mitteln vom Ende des Spiegeltunnel? 2 nachvergrößert, bisShould large object fields be illuminated, is the usual means of the end of the mirror tunnel? 2 re-enlarged until

die erforderliche Objektgröße erreicht ist.the required object size is reached.

Claims (5)

1. Beleuchtungssystem für Laser- und Superstrahlung mit einem Spiegeltunnel, dessen ebene, reflektierende Innenflächen paarweise parallel zueinander und zur zentrisch liegenden optischen Achse ausgerichtet sind und mit einem vor dem Spiegeltunnel angeordneten, die Strahlung einkoppelnden Element, gekennzeichnet dadurch, daß vor dem einkoppelnden Element mindestens ein weiterer Spiegeltunnel (4) mit einer zugehörigen Einkoppeloptik vorhanden ist.1. illumination system for laser and superradiation with a mirror tunnel whose planar, reflective inner surfaces are aligned in pairs parallel to each other and the centric optical axis and arranged with a front of the mirror tunnel, the radiation coupling element, characterized in that before the coupling element at least another mirror tunnel (4) with an associated coupling optics is present. 2. Beleuchtungssystem für Laser- und Superstrahlung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als weiterer Spiegeltunnel (4) ein Hohlprofil mit radialsymmetrischem, über die gesamte Länge des Spiegeltunnels (4) gleichbleibendem Querschnitt, großem Verhältnis von Länge zu Durchmesser und hohem Reflexionskoeffizienten der Innenflächen vorgesehen ist.2. illumination system for laser and supersonic radiation according to claim 1, characterized in that as a further mirror tunnel (4) a hollow profile with radially symmetrical, over the entire length of the mirror tunnel (4) constant cross section, large ratio of length to diameter and high reflection coefficient of the inner surfaces is provided. 3. Beleuchtungssystem für Laser- und Superstrahlung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der weitere Spiegeltunnel (4) mit rundem Querschnitt ausgeführt ist.3. illumination system for laser and supersonic radiation according to claim 1 and 2, characterized in that the further mirror tunnel (4) is designed with a round cross-section. 4. Beleuchtungssystem für Laser- und Superschaltung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als zugehörige Einkoppeloptik für den weiteren Spiegeltunnel (4) zwei Zylinderlinsen (5,6) mit senkrecht zueinander ausgerichteten Krümmungen vorgesehen sind.4. illumination system for laser and super circuit according to claim 1 and 2, characterized in that as an associated coupling optics for the further mirror tunnel (4) two cylindrical lenses (5,6) are provided with mutually perpendicular curvatures. 5. Beleuchtungssystem für Laser- und Superstrahlung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß als einkoppelndes Element eine sphärische Linse (3) eingesetzt ist.5. illumination system for laser and superradiation according to claim 1 and 2, characterized in that a spherical lens (3) is used as einkoppelndes element.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11633104B2 (en) * 2010-03-05 2023-04-25 The General Hospital Corporation Optical fiber, light tunnel, and lens which provide extended focal depth of at least one anatomical structure at a particular resolution

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US11633104B2 (en) * 2010-03-05 2023-04-25 The General Hospital Corporation Optical fiber, light tunnel, and lens which provide extended focal depth of at least one anatomical structure at a particular resolution

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