CH623659A5 - Device for illuminating an annular field - Google Patents

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CH623659A5
CH623659A5 CH1154177A CH1154177A CH623659A5 CH 623659 A5 CH623659 A5 CH 623659A5 CH 1154177 A CH1154177 A CH 1154177A CH 1154177 A CH1154177 A CH 1154177A CH 623659 A5 CH623659 A5 CH 623659A5
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CH
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illumination device
field
axis
radiation
light source
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Application number
CH1154177A
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David A Markle
Abe Offner
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Perkin Elmer Corp
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Description

La présente invention se rapporte à un dispositif d'illumination d'un champ annulaire disposé autour d'un axe.
Des systèmes d'illumination construits en accord avec les concepts de cette invention sont particulièrement adaptés, entre autres emplois possibles, pour leur utilisation dans des appareillages optiques de projection et d'examen tel que, par exemple,
celui divulgué dans la demande de brevet N° US 671653 du même requérant. L'appareillage y décrit utilise un système optique à champ annulaire du type divulgué dans le brevet US N° 3748015 qui, à son tour, utilise le principe de mise en image d'un champ annulaire divulgué dans le brevet US N° 3821763 (deux brevets du même requérant). Le dispositif d'illumination est utilisé dans un système permettant la fabrication de circuits intégrés complexes (ou chips), et cela par projection d'un masque ou cache sur une plaquette enduite d'une réserve photographique.
Tandis qu'un nombre de types différents de systèmes d'illumination ont été jusqu'à présent employés avec un succès modéré, notre contribution à la technique est un dispositif qui est une amélioration des systèmes antérieurs. Ce but est atteint par le dispositif d'illumination conforme à la revendication 1.
De tels dispositifs d'illumination fournissent un système nouveau et amélioré pour l'illumination d'un champ annulaire qui possède un haut degré d'uniformité d'illumination du champ, des aberrations réduites et un arrangement optique simplifié. En outre, avec ce système, on réalise une illumination uniforme sur une bande spectrale large comprenant la région ultraviolette au moyen d'optique de réflexion et délimite avec précision le champ annulaire illuminé lorsque ce champ est dans une localisation où il est indésirable de disposer d'un diaphragme de champ.
Des mises en œuvre spécifiques de l'invention ont été choisies pour les buts d'illustration et de description et qui sont illustrées dans le dessin annexé, dans lequel :
la fig. 1 montre une vue en perspective d'un dispositif d'illumination d'un champ annulaire, construit en accord avec les concepts de la présente invention,
la fig. 2 montre une représentation schématique d'une seconde mise en œuvre du dispositif d'illumination d'un champ annulaire selon l'invention,
la fig. 3 montre une représentation schématique, similaire à la fig. 2, mais illustrant une autre mise en œuvre selon l'invention,
la fig. 4 montre une représentation schématique, analogue à la fig. 3, mais illustrant une mise en œuvre comprenant un système de relais inverse téléphoto,
la fig. 5 montre une représentation schématique, analogue à la fig. 3, mais illustrant une forme alternative de l'élément de champ,
la fig. 6 montre une représentation schématique d'un élément de champ, construit selon l'invention, sous la forme d'une surface réfléchissante de configuration cylindrique,
la fig. 7 montre une représentation agrandie, schématique, d'un élément de champ, analogue à celui de la fig. 6, mais illustrant une forme catadioptre de celui-ci,
la fig. 8 montre une représentation schématique, agrandie, d'un élément de champ, construit selon l'invention, sous la forme d'une surface toroidale concave,
la fig. 9 montre une représentation schématique, agrandie, d'un élément de champ, analogue à celui de la fig. 8, mais illustrant une forme catadioptre de celui-ci,
la fig. 10 montre une représentation schématique, agrandie, d'un élément de champ, similaire à celui de la fig. 9, mais illustrant un élément ayant une face de sortie sous la forme d'une surface sphérique,
la fig. 11 montre une représentation schématique, agrandie, illustrant encore un autre élément de champ.
Dans la mise en œuvre du condenseur optique ou du dispositif d'illumination de la présente invention, illustré à la fig. 1, le système de condenseur comprend, en tant que source lumineuse, une lampe à vapeur de mercure capillaire 502, à rayonnement en forme arquée, un miroir primaire concave 504 ayant une ouverture centrale en 506 et un miroir secondaire convexe 508 supporté par une plaque 510 en un matériau convenablement transparent apte à laisser passer à la fois la lumière visible et ultraviolette produite par la lampe.
Une image en forme d'arc de la lampe 502 est fournie par le miroir 504 et 508 (et à l'aide d'un miroir plan 511) dans le plan d'une fente en forme d'arc 512 disposé entre les lentilles de champ 514 et 516. Ces lentilles sont des segments de lentilles sphériques plan-convexes. Le dispositif d'illumination est disposé de façon telle que la fente d'illumination en 512, telle que reprise en image par les miroirs plans 513 et 515 et par un miroir de transfert 518, apparaît dans le plan d'un cache 220 et plus particulièrement dans le plan dans lequel la surface du cache près du lecteur est mise en marche sur le chariot, comme décrit en conjonction avec les fig. 9 à 11 de la demande de brevet US N° 671653, déjà mentionnée ci-dessus. La fraction du cache ainsi illuminée est indiquée en 223. La zone illuminée en forme d'arc 223 est fixée en position en se référant au système formateur d'image divulgué dans ladite demande. Comme il y est divulgué, le système formateur d'image est en accord avec les indications fournies par le brevet US N° 3748015, auquel on s'est référé ci-avant, et possède un axe de symétrie qui passe au travers du centre de courbure de la zone arquée 223. La zone 223 de la figure constitue un objet annulaire axial de plus pour ce système forma5
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teur d'image et pour cet objet axial; de plus, le système de mise en image possède une correction optimale telle que décrite dans le brevet US déjà mentionné ci-avant.
L'arc à vapeur de mercure à haute pression capillaire 502 est mis en fonctionnement en tant que source annulaire en formant l'enveloppe de manière adéquate. Une lampe convenable est décrite dans le brevet US N° 3878419 du requérant. La lumière de cette lampe est mise en image par l'objectif réfléchissant décrit ci-dessus, comprenant le miroir concave 504, le miroir convexe 508 et les lentilles de champ 514 et 516. Cet objectif réfléchissant a une pupille d'entrée substantiellement mise en image sur le miroir 508 qui obscurcit partiellement l'ouverture du système de condenseur optique. Toutefois, cet obscurcissement est substantiellement le même pour la mise en image de toutes les parties de la source lumineuse. Les lentilles de champ 514 et 516 forment une image de la pupille d'entrée sur le diaphragme d'objectif 519 qui est placé à une longueur focale en avant du miroir 518. Le miroir de transfert 518 forme une image en collimation avec le diaphragme 519 qui forme la pupille de sortie du condenseur optique. En même temps, la fente annulaire 512 est mise en image par le miroir 518 en 223 pour former un diaphragme de champ sur le cache 220. Les éléments du condenseur optique sont disposés de façon à obtenir un axe commun de symétrie 503 avec le centre de courbure de la source lumineuse en forme d'arc 502 sur cet axe. Dans ce cas, le système de condenseur optique est un système optique à champ annulaire en accord avec le principe de mise en image d'un champ optique annulaire hors axe dévoilé dans le brevet US N° 3821763 mentionné ci-dessus. La taille du diaphragme 519 peut être variée, si désiré, pour changer le degré de cohérence partielle de l'illumination, sur le cache 220, qui est fourni au système subséquent de mise en image.
Il sera apprécié que cette mise en image de l'invention fournit un système de condenseur optique nouveau et amélioré pour l'emploi dans un système optique à champ annulaire, qui permet l'illumination uniformément efficace du champ annulaire instantané d'un système optique dans lequel l'objet est transilluminé.
Dans la mise en application de l'invention illustrée à la fig. 2, le système de condenseur optique pour l'illumination d'un champ annulaire comprend, en combinaison, une lampe capillaire à vapeur de mercure à haute pression 502' à configuration arquée, qui est la même que la lampe 502 décrite ci-avant en conjonction avec la mise en application de la fig. 1. La lampe 502' est disposée avec son plasma arqué de manière concentrique par rapport à l'axe optique 503' du système. Afin de présenter une image agrandie du plasma de la lampe (ci-après désigné par l'arc) dans un plan indiqué par 15 à la fig. 2, l'arc est réfléchi par un miroir primaire concave 504' et un miroir secondaire convexe 508' qui ensemble forment un objectif réfléchissant.
Le miroir primaire 504' est de préférence fabriqué à partir de verre Pyrex et le miroir secondaire 508' à partir d'aluminium, par exemple. Le miroir secondaire est monté sur une fenêtre 510', de préférence en silice fondue, laquelle, en plus de support pour le miroir secondaire, sert d'isolant pour le reste du système optique envers les jets d'air (non montrés) qui sont normalement utilisés pour refroidir la lampe à vapeur de mercure 502'. Le miroir primaire 504' présente une ouverture qui a la forme d'une fente 506' et au travers de laquelle l'image agrandie passe pour atteindre le plan 15. Il sera apprécié que le diaphragme de pupille de l'objectif réfléchissant est suffisamment proche du miroir secondaire pour que l'obscurcissement soit minimal et presque identique pour tous les points le long de l'arc de la lampe.
Pour obtenir un champ annulaire illuminé correctement délimité dans une position où il n'est pas désirable de placer un diaphragme de champ, le système d'illumination doit fournir une position intermédiaire d'image, à laquelle une fente arquée peut être placée. Dans une mise en œuvre de l'invention, illustrée à la fig. 2, un membre 19, contenant une fente arquée est positionné dans le plan 15, concentrique avec l'axe, et sert en tant que diaphragme de champ. L'image finale est déterminée par la taille de cette fente.
Des éléments de champ sont nécessaires pour diriger la lumière à partir de toutes les portions de la source dans le diaphragme de pupille désiré du système. Il a été inventé une nouvelle forme d'élément de champ qui est réfléchissant ou catadioptre. Puisqu'il doit être employé dans un système de champ en anneau, le nouvel élément de champ est une portion d'une surface de révolution autour de l'axe optique. Ainsi, après avoir passé à travers la fente, la lumière est réfléchie par réflexion interne totale dans un élément, catadioptre, cylindrique 21 qui possède sa surface cylindrique 22 disposée en relation concentrique par rapport à l'axe 503'. Cet élément est un segment d'un solide cylindrique engendré par un plan passant au travers d'un cylindre contenant, ou parallèle à, son axe cylindrique. Il est formé en un matériau réfringent transparent, de préférence en silice fondue, afin qu'il soit fortement transparent pour la lumière actinique ultraviolette. La lumière, atteignant un foyer à chaque point de la fente annulaire 512', se propage en deçà de l'axe optique 503' avec les rayons centraux sur un cône, avec son sommet sur l'axe en un point légèrement à gauche, comme on le remarque à la fig. 2, du miroir convexe 508'. L'élément 21 redirectionne cette lumière de façon que les rayons centraux se déplacent le long d'un cône ayant son sommet sur l'axe en un diaphragme de pupille circulaire 519'. Quoique le matériel réfringent introduise quelques variations dans la mise en image avec les couleurs dans bien des applications, cela sera tout à fait tolérable. Il sera particulièrement apprécié que l'élément cylindrique 21 est une nouvelle forme d'élément de champ, qui fonctionne en tant que lentille de champ et est particulièrement utile dans les systèmes à champ annulaire. D'autres formes alternatives de cet élément de champ seront décrites ci-après en rapport avec les mises en applications selon les fig. 3 à 10.
La lumière de l'élément de champ 21 est réfractée au travers d'un élément asphérique 23, qui est également de préférence en silice fondue, et passe alors au travers du diaphragme de pupille circulaire 519' monté concentriquement autour de l'axe 503'. L'élément asphérique 23 corrige les aberrations de mise en image de la fente 512' et donne une image plus nette de la fente que ce ne serait autrement le cas.
L'image après passage au travers du diaphragme de pupille 519' est réfléchie par un miroir asphérique ou sphérique 518', préférablement en Pyrex. La combinaison de l'élément de champ cylindrique 21, de l'élément asphérique 23 et du miroir concave 518' agit pour la mise en image de la fente 512' en 223' dans un plan focal 220', où l'illumination est désirée. Il sera particulièrement apprécié que le diaphragme de pupille 519' est disposé à une longueur focale en avant du miroir sphérique et est positionné de façon telle que la pupille de sortie apparaît à l'infini lorsqu'on l'observe dans le plan focal 220'. Le plan focal 220' peut être le plan d'un cache microcircuit dans un système tel que celui décrit dans la demande de brevet US N° 671653.
Il est à noter que, si désiré, la lumière réfléchie par le miroir 518' peut être passée au travers d'un filtre actinique 25 qui est habituellement inséré pendant le processus d'alignement pour éliminer la lumière ultraviolette, prévenant ainsi l'exposition du membre photosensible pendant ce temps. De plus, le diaphragme de pupille 519' peut être ajustable ou peut être varié afin de changer le degré de cohérence partielle de l'illumination au plan focal 220'.
Il est à noter que le système de la fig. 2 est particulièrement désirable lorsque des considérations d'espace sont importantes. Par exemple, le système de la fig. 2 ne nécessite qu'un miroir primaire d'un diamètre de 17,5 cm, alors que le système de la fig. 1 nécessiterait un miroir primaire de 25 cm de diamètre pour réaliser des résultats comparables.
Dans la mise en application de l'invention illustrée à la fig. 3, le système de condenseur optique pour l'illumination d'un champ
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annulaire comprend, en combinaison, une lampe capillaire à vapeur de mercure à haute pression 502" de configuration arquée, qui est la même que les lampes 502 et 502' décrites ci-avant dans les mises en œuvre des fig. 1 et 2. Cette lampe est aussi disposée avec son plasma arqué concentrique par rapport à l'axe optique 503" du système. Afin de présenter une image agrandie de l'arc de la lampe dans un plan indiqué en 15" dans la fig. 3, l'arc est réfléchi par un miroir primaire concave 504" et un miroir secondaire convexe 508" qui ensemble forment un objectif réfléchissant. Dans cette mise en œuvre, il n'y a pas d'ouverture au travers du miroir primaire concave 504" et le miroir secondaire convexe 508" est compris en tant que partie d'un élément 27, qui se présente sous la forme d'une lentille asphérique ayant la moitié de sa surface convexe revêtue d'une matière réfléchissante. Le rayonnement de la lampe 502" est transmis au miroir primaire 504" à travers la moitié transparente 29 non obscurcie par la moitié réfléchissante qui sert en tant que miroir secondaire 508", c'est-à-dire que le miroir secondaire 508" ne présente pas d'obscurcissement pour un angle sous-tendant 90 dans la ligne centrale et comprenant un angle divergent f/0,8 de plus grands angles, et des f/nombres correspondants plus élevés sont possibles jusqu'à un arc sous-tendant 180° à f/oo.
Un membre 19", comprenant une fente arquée 512", concentrique avec l'axe, est positionné dans le plan 15" et sert de diaphragme de champ. Comme il a déjà été indiqué ci-avant en conjonction avec les mises en œuvre selon la fig. 2, l'image finale est déterminée par la taille de cette fente. Après avoir passé au 5 travers de la fente, la lumière est réfléchie par un élément de champ réfléchissant 21", concentriquement disposé, qui possède une surface toroidale concave 22" qui réfléchit le rayonnement de l'image à la fente annulaire 512". La surface toroidale concave est profilée par des rayons qui sont chacun de longueur finie. La io lumière venant de l'élément de champ 21" passe au travers d'une pupille circulaire ou d'un diaphragme d'objectif 519", monté concentriquement autour de l'axe 503" et, de là, elle est réfléchie par un miroir sphérique ou asphérique 518". La combinaison de l'élément de champ 21" et du miroir concave 158" agit pour la 15 mise en image de la fente 512" en 223" dans un plan focal 220" où l'illumination est requise. Comme dans la mise en application de la fig. 2, le diaphragme de pupille 510" est disposé à une longueur focale en avant du miroir de transfert et est positionné de manière telle que la pupille de sortie apparaît à l'infini, lorsqu'elle est 20 observée dans le plan focal 220".
Un exemple de paramètres convenables pour l'appareillage optique de la fig. 3, avec une image f/3,5 sous-tendant un angle de 80° autour de son axe optique, est donné dans le tableau suivant:
Composant
Rayon (mm)
Séparation (mm)
Commentaires
Plan de la lampe
OO
10,15
(1)
Lentille asphérique
OO
avant
8,1
Silice fondue arrière "
(2)
110
.
Miroir primaire
131,5
-110
Miroir asphérique
(2)
108,6
Fente
OO
20
Rayon de fente=97 mm
Toroide
(3)
149,2
Diaphragme
00
89,2
30 mm diamètre
Miroir de transfert asphérique ...
(4)
128,6
Plan focal
OO
(1) L'alésage de la lampe est de 1 mm de rayon, et l'enveloppe en silice fondue a un rayon de 3 mm. La lampe est concentrique avec l'axe optique le centre de l'alésage étant à 14 mm de l'axe.
(2) L'équation de l'asphérique est la suivante:
Sa.=y2 (57,05 + 57,052 - l,57186y2)~1 + 6,403 x 10"7y4,
(3) Le toroide a un rayon de 112 mm normal à l'axe optique et un rayon de 310,775 parallèle à l'axe optique.
(4) L'équation de l'asphérique est la suivante:
Sa.=(188,826 +188,8262 - . 31297y2)"1 + 6,924 x 10-9y4+1,391 x IO" 12y6.
On se réfère ensuite à la mise en œuvre de l'invention illustrée à la fig. 4, celle-ci étant similaire à celle de la fig. 3, mais étant employée lorsqu'une plus grande distance est requise entre le miroir asphérique 518" et le plan de l'image 220". Dans ce cas, le diaphragme d'objectif 519" de la fig. 3 est remplacé par un miroir faiblement convexe 30, pour ainsi rendre le système de relais inverse téléphoto. Le miroir convexe sert aussi en tant que diaphragme d'objectif et est disposé à une longueur focale en avant du miroir 518", afin que la pupille ainsi observée depuis le plan d'image 220" soit à l'infini. La distance entre le miroir 518" et le plan d'image 220" est contrôlée en variant la puissance du miroir convexe 30. La portion du système de la fig. 4 en avant du miroir convexe 30 est la même que celle de la portion du système de la fig. 3 en avant du diaphragme 519". Ainsi, une image de la fente 512" est formée en 223" dans le plan focal 220", où l'illumination est requise.
La fig. 5 illustre encore une autre mise en application de l'invention. Celle-ci est la même que celle de la fig. 3, sauf pour l'élément de champ 21. L'élément de champ 21'" de la fig. 5 est un so élément de champ toroïdal réfléchissant catadioptre qui possède une surface toroidale catadioptre 22'" qui réfléchit le rayonnement à partir de l'image à la fente annulaire 512". La surface toroidale concave est profilée par des rayons qui sont chacun d'une longueur finie, c'est-à-dire que la surface concave toroidale est engen-55 drée par la rotation de la section circulaire montrée autour de l'axe optique 503" de telle manière qu'elle soit une portion d'une surface de révolution autour de cet axe. Le centre de courbure de la section circulaire est au-dessus de l'axe dans la mise en œuvre illustrée. Cet élément de champ est formé en une matière réfrin-60 gente et transparente, de préférence en silice fondue, afin qu'il soit hautement transparent à la lumière actinique ultraviolette. L'élément de champ toroïdal 21'" a une surface d'entrée plane 34 et une surface de sortie sphérique, c'est-à-dire que la face de sortie est une surface sphérique avec son centre de courbure sur l'axe 65 optique 503". Comme résultante, dans cet élément de champ catadioptre, des variations de mise en image avec les couleurs sont minimisées lorsque le centre de courbure de la face de sortie est substantiellement au centre de l'image de la pupille en 519".
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Il sera apprécié que n'importe lequel des éléments de champ 21 décrit ci-avant, en conjonction avec les mises en œuvre des fig. 2 à 5, peut également bien être utilisé avec n'importe quelle autre de ses mises en œuvre. En plus de ceux-ci, les fig. 6 à 11 illustrent des formes additionnelles de l'élément de champ, n'importe lesquelles de celles-ci pouvant être applicables à n'importe quelle autre des mises en œuvre selon les fig. 2 à 5. Dans ces mises en œuvre, la pupille d'entrée du système vue par l'élément de champ, telle que décrite en conjonction avec les fig. 2 à 5, est schématiquement indiquée en 38 et l'image de pupille est schéma-tiquement illustrée en 40. La pupille et l'image de pupille sont toutes deux concentriques autour de l'axe optique 503 du système.
La fig. 6 illustre l'élément de champ dans sa forme la plus simple. Dans cette mise en application, l'élément de champ 21a est une surface cylindrique réfléchissante 22a disposée avec son axe du cylindre en coïncidence avec l'axe optique 503. Comme montré à la fig. 6, tous les points dans un anneau qui passent au travers de la pupille pour former une image en anneau sur ou près de la surface réfléchissante passent au travers d'une image de la pupille. L'élément de champ 21b de la fig. 7 est une forme catadioptre de l'élément de champ 21a de la fig. 6. A la fig. 7, la surface 22b est une surface cylindrique réfléchissante disposée avec son axe cylindrique en coïncidence avec l'axe optique 503. Il est à noter que la mise en application selon la fig. 7 est similaire à celle de la fig. 2, sauf qu'à la fig. 7, le centre de la zone annulaire illuminée est dans la surface cylindrique, tandis qu'à la fig. 2, une fente en forme d'arc 512' est fournie sur laquelle est localisée la zone annulaire illuminée. Cette distinction sera discutée plus en détail ci-après. Les éléments 21, 21a et 21b des fig. 2, 6 et 7 servent d'éléments de champ seulement sur la longueur du champ annulaire. Dans des applications dans lesquelles l'anneau est étroit,
cela est acceptable. Toutefois, pour des installations nécessitant un anneau large, il n'y aura pas de localisation unique de l'image de pupille pour des rayonnements passant par des portions radialement séparées du champ annulaire, comme le montre les rayons en lignes brisées à la fig. 6. Ce problème est résolu par la substitution des éléments toroïdaux 22", 22c et 22d des fig. 3, 8 et 9 au lieu des éléments cylindriques 21, 21a et 21b des fig. 2, 6 et 7 respectivement. Dans ces éléments toroïdaux, une puissance suffisante est introduite dans le plan du dessin pour aussi mettre en image la pupille dans ces plans.
Chacune des surfaces toroïdales 22c et 22d des fig. 8 et 9, respectivement, a été engendrée par rotation de la section circulaire indiquée autour de l'axe optique 503, afin qu'elle soit une portion d'une surface de révolution autour de cet axe. Le centre de courbure de la section circulaire est au-dessus de l'axe optique dans ce cas. Il est à noter que l'élément cylindrique de champ 21a de la fig. 6 est un cas spécial de cet élément toroïdal dans lequel le centre de courbure de la section circulaire se trouve à l'infini, ce qui fait que cette section circulaire devient une ligne droite. La fig. 9 illustre une version catadioptre de l'élément de champ de la fig. 8, dans laquelle une surface réfléchissante 22d, correspondant à la surface 22c de la fig. 8, est obtenue en mettant une surface réfléchissante sur un matériel transparent réfringent. Il est à noter que la mise en œuvre de la fig. 8 est similaire à celle de la fig. 3,
sauf qu'à la fig. 8, le centre de la zone annulaire illuminée se trouve dans la surface toroidale, tandis qu'à la fig. 3, une fente en forme d'arc 512" est fournie dans laquelle le centre de la zone annulaire illuminée est situé.
Dans les éléments de champ illustrés aux fig. 2 à 5 et 6 à 9, l'angle entre l'axe optique et le faisceau convergent des rayons à la pupille est le même que celui entre l'axe et le faisceau divergent à l'image de la pupille. Un élément de champ 21e qui modifie cet angle est indiqué à la fig. 10. L'élément de champ 21e est une modification de l'élément de champ catadioptre 21d, montré à la fig. 9. La surface toroidale 22e est la même que la surface toroidale 22d. Dans cet élément de champ 21e, une surface sphérique 36e avec son centre sur l'axe optique 503 est substitué à la face plane de sortie de l'élément de champ 21d de la fig. 9. Dans cet élément de champ catadioptre, des variations de la mise en image avec les couleurs sont minimisées lorsque le centre de courbure de la face de sortie est substantiellement au centre de l'image de la pupille 40.
Toutefois, il est aussi désirable dans certaines installations, dépendant de l'espace dont on dispose, de renverser le système de la fig. 10 afin que l'image de pupille et la pupille soient interchangées, et que les faces de sortie et d'entrée soient interchangées, ce qui entraîne que l'angle entre le faisceau formateur d'image et l'axe optique devient plus grand à l'image de la pupille.
Il est à noter que la mise en œuvre de la fig. 10 est similaire à celle de la fig. 5, sauf qu'à la fig. 5, le centre de la zone annulaire illuminée est dans la surface toroidale, tandis qu'à la fig. 10, une fente arquée est fournie dans laquelle le centre de la zone annulaire illuminée est situé.
Une autre méthode pour obtenir une différence entre les angles que font les faisceaux convergents et divergents avec l'axe est indiquée à la fig. 11. Comme pour les autres éléments de champ, la surface réfléchissante 22f est une toroide qui est concentrique autour de l'axe. Elle diffère des autres éléments de champ en ce que la normale de son point central n'est pas perpendiculaire à l'axe.
Comme déjà indiqué ci-avant, les éléments de champ des fig. 6 à 11 ont été indiqués avec le centre de la zone annulaire illuminée dans la surface toroidale. Toutefois, il sera apprécié que leur opération sera substantiellement la même lorsque l'image annulaire sera externe par rapport à l'élément de champ, mais proche de celui-ci, comme il l'est indiqué aux fig. 2 à 5, dans lesquelles les fentes physiques 512' et 512" sont placées à la zone annulaire illuminée. Avec les arrangements des fig. 2 à 5, un astigmatisme est introduit dans la mise en image de la zone annulaire, c'est-à-dire que le foyer des éléments radiaux ne se trouve pas dans la même position que le foyer des éléments tangentiels, mais cela est désirable dans un système d'illumination d'un champ en anneau puisque au foyer tangentiel de l'image de la fente physique, les bords de délimitation sont mis au point d'une façon précise alors que des variations résiduelles de l'illumination le long de la zone en forme d'arc sont en moyenne éliminées.
6
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
R
6 feuilles dessins

Claims (33)

  1. 623 659
    2
    REVENDICATIONS
    1. Dispositif d'illumination d'un champ annulaire disposé autour d'un axe, caractérisé par un dispositif optique de mise en image (504, 508, 518; 504', 508', 21, 518'; 504", 508", 21", 30, 518", 504", 508", 21'", 518") par lequel une image d'une source lumineuse (502, 502', 502") à rayonnement en forme arquée est formée sur le champ annulaire (223, 223', 223").
  2. 2. Dispositif d'illumination selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse à rayonnement en forme arquée comprend un élément de champ réfléchissant (21, 21", 21'").
  3. 3. Dispositif d'illumination selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la source lumineuse (502, 502', 502") à rayonnement en forme arquée est disposée concentriquement autour de l'axe (503,503', 503") du dispositif d'illumination et qu'un axe de symétrie du dispositif optique de mise en image (504, 508, 518; 504', 508', 21, 518'; 504", 508", 21", 30, 518"; 504", 508", 21'", 518") est en coïncidence avec l'axe de la source lumineuse.
  4. 4. Dispositif d'illumination selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif optique de mise en image comprend un premier dispositif optique partiel (504, 508, 512; 504', 508' ; 504", 508") par lequel une image de la source lumineuse (502, 502', 502") à rayonnement en forme arquée est formée sur un plan intermédiaire (15, 15").
  5. 5. Dispositif d'illumination selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'image de la source lumineuse (502', 502") formée sur le plan intermédiaire (15, 15") par le premier dispositif optique partiel (504, 508, 512; 504', 508'; 504", 508") est une image agrandie.
  6. 6. Dispositif d'illumination selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un diaphragme de champ (512, 512', 512") est disposé dans le rayonnement du dispositif optique de mise en image (504, 508, 518; 504', 508', 21, 518'; 504", 21", 30, 518"; 504", 508", 21'", 518") entre la source lumineuse (502, 502', 502") à rayonnement en forme arquée et le champ annulaire (223, 223', 223").
  7. 7. Dispositif d'illumination selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diaphragme de champ (512, 512', 512") est en forme d'arc et est placé dans le plan intermédiaire (15,15") à l'endroit de l'image de la source lumineuse (502, 502', 502") à rayonnement en forme arquée.
  8. 8. Dispositif d'illumination selon la revendication 7, caractérisé en ce que le premier dispositif optique partiel comprend un miroir concave (504, 504', 504") dirigé vers la source lumineuse (502, 502', 502") à rayonnement en forme arquée et dont l'axe de symétrie est en coïncidence avec l'axe (503, 503', 503") du dispositif d'illumination du champ annulaire, et comprend une surface convexe réfléchissante (508, 508', 508") dont l'axe de symétrie est en coïncidence avec cet axe et qui est disposée entre la source lumineuse à rayonnement en forme arquée et le miroir concave, de façon que le rayon émis par la source lumineuse sur le miroir soit dévié sur la surface convexe réfléchissante et de celle-ci sur le diaphragme de champ (512, 512', 512").
  9. 9. Dispositif d'illumination selon la revendication 8, caractérisé en ce que le miroir concave (504) présente une ouverture (506) disposée centralement, au travers de laquelle le rayonnement réfléchi par la surface convexe réfléchissante (508) est dévié sur le diaphragme de champ (512).
  10. 10. Dispositif d'illumination selon la revendication 8, caractérisé en ce que le miroir concave (504') présente une fente (506') en forme arquée qui est concentrique par rapport à l'axe (503') du dispositif d'illumination et au travers de laquelle le rayonnement réfléchi par la surface convexe réfléchissante (508') est dévié sur le diaphragme de champ (512).
  11. 11. Dispositif d'illumination selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le miroir concave (504, 504', 504") et la surface convexe réfléchissante (508, 508', 508") sont disposés de façon telle qu'une image de la pupille d'entrée est localisée substantiellement sur la surface convexe réfléchissante, de manière que l'obscurcissement est presque identique pour tous les points le long de l'arc de la source lumineuse (502, 502', 502").
  12. 12. Dispositif d'illumination selon la revendication 8, caractérisé par une lentille asphérique (27) ayant une portion de sa surface convexe recouverte de façon réfléchissante, formant ainsi la surface convexe réfléchissante (508"), et une autre portion (29) transparente, et que le rayonnement en forme arquée de la source lumineuse (502") est transmis au miroir concave (504") au travers de la portion transparente (29).
  13. 13. Dispositif d'illumination selon l'une des revendications 4, 8 ou 9, caractérisé en ce qu'une première et une seconde lentille de champ (514, 516) sont disposées dans le rayonnement entre le premier dispositif optique partiel (504, 508) et le champ annulaire (223).
  14. 14. Dispositif d'illumination selon la revendication 13, caractérisé en ce que le diaphragme de champ (512) est disposé entre la première et la seconde lentille de champ (514, 516).
  15. 15. Dispositif d'illumination selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé en ce que les première et seconde lentilles de champ (514, 516) sont des lentilles sphériques plan-convexes.
  16. 16. Dispositif d'illumination selon l'une des revendications 4, 5, 7 ou 8, caractérisé en ce que le dispositif optique de mise en image comprend un second dispositif optique partiel (516, 519, 519; 21, 519', 518'; 21", 519", 518"; 21", 30, 518"; 22'", 519", 518") pour former sur le champ annulaire (223,223', 223") une image de l'image formée dans le plan intermédiaire (15, 15") de la source lumineuse (502, 502', 502") à rayonnement en forme arquée.
  17. 17. Dispositif d'illumination selon la revendication 16, caractérisé en ce que le second dispositif optique partiel comprend un miroir de transfert (518) pour former une image réelle du diaphragme de champ (512).
  18. 18. Dispositif d'illumination selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'un diaphragme d'objectif (519) est placé à une longueur focale en avant du miroir de transfert (518).
  19. 19. Dispositif d'illumination selon la revendication 16, caractérisé en ce que le second dispositif optique partiel comprend un élément de champ réfléchissant (21,2Ì", 21'").
  20. 20. Dispositif d'illumination selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'élément de champ réfléchissant (21", 21'") a une surface réfléchissante concave toroidale (22", 22'") et qu'un axe de symétrie de l'élément de champ est en coïncidence avec l'axe (503', 503") du dispositif d'illumination.
  21. 21. Dispositif d'illumination selon la revendication 20, caractérisé en ce que la surface toroidale (22", 22'") de l'élément de champ réfléchissant (21", 21'") possède un second rayon de courbure fini qui est plus grand que la distance entre la surface toroidale et l'axe (503").
  22. 22. Dispositif d'illumination selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'élément de champ réfléchissant (21'") est sous la forme d'un catadioptre et possède une face d'entrée (34) et une face de sortie (36), et qu'une (36) des faces est une surface sphé-rique dont son centre est sur l'axe (503") du dispositif d'illumination.
  23. 23. Dispositif d'illumination selon les revendications 17 et 22, caractérisé en ce que la surface sphérique est la face de sortie (36), le centre de cette surface sphérique étant localisé substantiellement au centre d'une image de la pupille (519") du dispositif optique de mise en image.
  24. 24. Dispositif d'illumination selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'élément de champ réfléchissant (21, 21a, 21b) possède une surface réfléchissante (22, 22a, 22b) de configuration cylindrique disposée avec son axe cylindrique (503', 503) en coïncidence avec l'axe du dispositif d'illumination.
  25. 25. Dispositif d'illumination selon l'une des revendications 19, 20, 21 ou 24, caractérisé en ce que l'élément de champ réfléchissant (21,21'") est sous forme de catadioptre.
    5
    10
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    55
    60
    65
    3
    623 659
  26. 26. Dispositif d'illumination selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'élément de champ réfléchissant (21) est un segment solide cylindrique disposé coaxialement avec l'axe optique, le segment étant formé en un matériau réfringent transparent.
  27. 27. Dispositif d'illumination selon l'une des revendications 19 à 22 ou 24 à 26, caractérisé en ce que l'élément de champ réfléchissant (21, 21", 21"') est disposé proche du diaphragme de champ (512', 512") et que le rayonnement émanant du diaphragme de champ (512', 512") est réfléchi sur l'élément de champ réfléchissant (21, 21", 21"') et dirigé sur le champ annulaire (223', 223").
  28. 28. Dispositif d'illumination selon la revendication 27, caractérisé en ce qu'un miroir de transfert courbé (518', 518") est localisé dans le rayonnement entre l'élément de champ réfléchissant (21, 21", 21'") et le champ annulaire (223', 223") pour former une image réelle du diaphragme de champ (512', 512") sur le champ annulaire (223', 223").
  29. 29. Dispositif d'illumination selon la revendication 28, caractérisé en ce que le miroir de transfert courbé (518', 518") est un miroir de transfert asphérique.
  30. 30. Dispositif d'illumination selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'un élément asphérique (23) est localisé dans le rayonnement entre l'élément de champ réfléchissant (21) et le champ annulaire (223'), cet élément asphérique ayant un axe de symétrie en coïncidence avec l'axe (503') du dispositif d'illumination d'un champ annulaire.
  31. 31. Dispositif d'illumination selon la revendication 28, caractérisé en ce qu'un diaphragme d'objectif (519', 519") est localisé dans le rayonnement entre l'élément de champ réfléchissant (21, 2i», 2i"') et ]e miroir (je transfert (518', 518") situé à une longueur focale au-devant du miroir de transfert (518', 518").
  32. 32. Dispositif d'illumination selon la revendication 31, caractérisé en ce que le diaphragme d'objectif est sous la forme d'un miroir convexe (30) ayant son axe de symétrie en coïncidence avec l'axe (503") du dispositif d'illumination d'un champ annulaire.
  33. 33. Dispositif d'illumination selon l'une des revendications 1 ou 15, caractérisé en ce que la source lumineuse (502, 502', 502") à rayonnement en forme arquée est une lampe capillaire à vapeur, à haute pression, de configuration arquée.
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