DD214465A1

DD214465A1 - Anordnung zur verbesserung und korrektur der lichtverteilung

Info

Publication number: DD214465A1
Application number: DD24866883A
Authority: DD
Inventors: Eberhard Rabe; Eberhard Dietzsch
Original assignee: Carl Zeiss Jena Forschungszent
Priority date: 1983-03-10
Filing date: 1983-03-10
Publication date: 1984-10-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbesserung und Korrektur der Lichtverteilung in der Projektionsebene eines optischen Projektionssystems und ist bei Multispektralgeraeten, Vergroesserungsgeraeten und bei fotolithographischen Projektionsgeraeten anwendbar. Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Ausleuchtungsparameter in der Projektionsebene eines optischen Projektionssystems zur Erhoehung des Informationsgehaltes und der Auswertbarkeit der projezierten Darstellungen. Als Aufgabe ergibt sich daraus, Loesungsmoeglichkeiten fuer eine beliebig genaue einstellbare Leuchtdichteverteilung unter Zuhilfenahme von nur einfachen technischen Mitteln ohne besonderen zusaetzlichen Aufwand zu finden. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass das Kondensorsystem des Projektionssystems mindestens eine Kombination aus zwei sphaerischen Linsen enthaelt, wobei die eine Linse eine wesentlich von Null verschiedene und von der Linsendicke abhaengige Extinktion aufweist.

Description

Titel der Erfindung:

Anordnung zur Verbesserung und Korrektur der Lichtverteilung

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbesserung und Korrektur der Lichtverteilung in der Projektions·» ebene eines optischen Projektionssystems. Die Erfindung ist übereil dort anwendbar, wo fotometrisch genaue Abbildungen einer Originalvorlage in die Projektionsebene erforderlich sind und wo Randlichtabfälle zur Verfälschung der Interpretationsergebnisse führen würden und unbedingt vermieden werden müssen. Insbesondere ist die Erfindung zur Anwendung bei Multispektralprojektoren , Vergrößerungsgeräten und bei fotolithographischen Projektionsgeräten geeignet .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Bei einem Projektionsgerät ist zur Ausleuchtung der Objektebene ein Kondensor erforderlich, der das aus der Lampe austretende Licht so abbildet, daß die gesamte Objektebene möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet wird und ein Bild der Lichtquelle in der Pupille des Projektionsobjektivs entsteht.

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Dabei ist zur optimalen Ausnutzung der Güte des Objektivs die Fläche der Pupille möglichst vollständig zu beleuchten. Eine große Apertur des Kondensors ist wünschenswert, um die Lampenleistungen möglichst gut auszunutzen.

Bekannte, diesem optischen Prinzip entsprechende Kondensoren enthalten daher i.a. mehrere optische Glieder. Neben sphärischen Kondensoren gibt es auch mehrgliedrige asphärische Typen und solche, die zur Verringerung der Bauhöhe auch Fresnellinsen enthalten. Komplizierte Ausleuchtungsprobleme, z.B. die Abbildung nahezu punktförmiger Lichtquellen in große Objektivpupillen werden mit Waben- oder Rasterkondensoren gelöst.

Allen genannten Prinzipien ist gemeinsam, daß sie eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung der Objektebene bei vollständiger Ausleuchtung der Objektivpupille und gleichzeitig großer Kondensorapertur anstreben. Bei asphärischen- und Fresnelkondensoren können bei spezieller Gestaltung hierbei beachtliche Erfolge erzielt werden. Nachteilig ist hierbei, daß asphärische Glaskondensoren nach wie vor ziemlich teuer und nur in geringen Stückzahlen herstellbar sind. Auch Fresnelkondensoren lassen sich praktisch _mit vertretbaren Aufwand nur als Kunst stofflinsen fertigen. Mit den relativ billigen sphärischen Kondensoren lassen sich gleichmäßige Ausleuchtungen nur bedingt erreichen. Aber selbst wenn eine gleichmäßige Ausleuchtung der Objektebene vorliegt, wird infolge des natürlichen Lichtabfalls des Projektionsobjektivs im allgemeinen immer noch eine ungleichmäßige Beleuchtung der Bildebene entstehen.

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Die Aufgabe wird in einer Anordnung zur Verbesserung und Korrektur der Lichtverteilung in dor Projektionsebene eines optischen Projektionssysteins, welches aus einem Kondensorsystem und einem Projektionsobjektiv für optische Projektionszwecke besteht, wobei Kondensorsystem und Projektionsobjektiv sphärische und/oder asphärische Linsen enthalten, dadurch gelöst, daß das Kondensorsystem in optischer Nähe zur Objektebene des Projektionsobjektives mindestens eine Kombination aus zwei sphärischen Linsen aufweist, von denen die eine Linse aus einem optischen Medium besteht, welches in Abhängigkeit von der Linsendicke eine wesentlich von Null verschiedene und der erwünschten Lichtverteilung in der Projektionsebene entsprechende Extinktion aufweist und von denen die andere Linse, eine die Abbildungseigenschaften des Kondensorsystem wiederherstellende Linse ist

Zweckmäßigerweise kann die sphärische Linsenkombination .zu einer austauschbaren Linsenbaugruppe im Kondensorsystem zusammengefaßt werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, mehrere verschiedene sphärische Linsenkombinationen zusamtnenge faßt auf einem gemeinsamen, in den Strahlengang einschwenkbaren Revolver anzuordnen und eine wahlweise unterschiedliche Verbesserung und Korrektur der Lichtverteilung zu realisieren.

Auch ist es zweckmäßig, die Linse, deren Extinktion von der' Linsendicke abhängig ist, mit dem Wärrrieschutzfilter des Kondensorsystems identisch auszubilden.

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Das hat den Vorteil, daß praktisch keine Lichtverluste auftreten, da ein IVärmeschutzfilter ohnehin notwendig ist. Auch wird die direkte Wärmestrahlung durch die größere Mittendicke dieser Linse stärker geschwächt, so daß noch ein zusätzlicher Schutz des optischen Systems gewährleistet ist. Insgesamt ist es mit der erfindungsgemäßen Anordnung möglich, einen hohen Grad an Ausleuchtung der Projektionsebene zu erreichen. Insbesondere besteht der Hauptvorteil der Erfindung darin, den natürlichen Lichtabfall des Projektionsobjektives (cos -Gesetz) zu kompensieren, Bilder die einen Dichtabfall zum Rand hin aufweisen, während der Projektion zu korrigieren und gezielt in mehreren Stufen unterschiedliehe Mitte-Rand-Korrekturen und Verbesserungen des Lichtes zur Projektion durchzuführen. Es ist auch von besonderen Vorteil, "negative" Kompensationen zu realisieren, um z.B. Filmnegative mit aufnahmebedingten Dichtabfall zum Rand hin während der Projektion zu korrigieren.

Ausführunqsbeispiel;

Die Erfindung soll an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden

Dabei zeigt die

Fig.l: einen Kondensor eines optischen Projektionssystems zur Korrektur der Lichtverteilung in - der Projektionsebene und

Fig.2: einen Beleuchtungskondensor für einen Multispektralprojektor.

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Gemäß Fig. 1 enthält dia Anordnung zur Verbesserung und Korrektur der Lichtverteilung in der Projektionsebene eines optischen Projektionssystems, eine Halogenlampe 2, deren Wendelbild durch einen dichroitischen Spiegel 1 wärmestrahlungsarm über dem Wendel abgebildet Wird, als Lichtquelle. Im ersten Teil eines sphärischen Kondensor 4, dem ein erstes Wärmeschutzfilter 3 vorgeschaltet ist, wird unter Ausnutzung einer optimalen Apertur, das Licht der Halogenlampe 2 parallelisiert.

Ein selektiver Umlenkspiegel 9 filtert zum zweiten Male Wärmestrahlung aus und leitet das sichtbare Licht sodann dem zweiten Kondensorteil 5 zu. Dieser sorgt zusammen mit der Linse 6 für eine Abbildung des Wendeis der Halogenlampe 2 in die Pupille 7 des Projektionsobjektives (nicht dargestellt). Die Pupille 7 ist gleichzeitig Aperturblende. Der zweite Kondensorteil 5, der sich in optischer Nähe zur Objektebene bzw. in einer zu dieser Ebene konjugierten Ebene befindet, besteht aus zwei Linsen, die zusammen die Brechkraft des Kondensors bestimmen und von denen die erste Linse 8 eine wesentlich von Null verschiedene Extinktion in Abhängigkeit von der Linsendicke aufweist. Diese erste Linse 8 fungiert weiterhin als Wärmeschutzfilterlinse. Sie besteht aus dem Glas C9971 und ist aus technologischen Gründen plankonvex und so berechnet, daß durch die größere Extinktion in der Mitte sowohl der Randabfall des Kondensors als auch des Projektionsobjektives korrigiert wird. Der konvexe Radius r beträgt 250 mm, die Nittendicke d_Q = 7,5 mm.

Der Strahlwinkel im Glas beträgt 6*'_max = 3,5°. Man erhält bei einem dekadischen Extinktionskoeffizienten D = 0,02 eine Anhebung der Randhelligkeit auf E/E_o=l,20 gemäß ~ E/E_o = 10-^D# (^ - ^do )

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JL.

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mit J für die schiefe Dicke des außeraxialen dünnen Strahlenbündels und d₀ für die Mittendicke der Linse 8. In der Projektionsebene wird somit eine Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung von 2% ohne besondere Schwierigkeiten erreicht. Die zweite Linse 10 des zweiten Kondensorteiles 5 stellt die Abbildungseigenschaften des Kondensors 4, die durch die Linse 8 bzw. durch den Ersatz der an dieser Stelle ursprünglich vorhandenen Linse, auf Grund der optischen Eigenschäften der Linse 8 verändert wurde, wieder her.

Gemäß· Fig. 2 wird die Anwendung der erfindungsgemäßen Anordnung in einem Beleuchtungskondensor für einen Multispektralprojektor dargestellt. Das Licht einer Halogenlampe 2, deren Spiegelbild durch einen Hohlspiegel 1 über dem Wendel abgebildet wird, beleuchtet nach Passieren eines ersten Wärmeschutzfilters 3 einen sphärischen Kondensor 4. Dessen zweites Glied enthält die erfindungsgemäße Kombination von zwei Linsen 5 und 6, wobei die Linse 6 wiederum als Wärmeschutzfilterlinse ausgeführt ist. Diese Linse 6 besteht aus dem Glas C 9971 und ist plankonvex. Der konvexe Radius r beträgt 453 mm, die Mittendicke d_o = 8mm. Der Strahlwinkel im Glas ist wegen seiner Divergenz etwas höher als im ersten Beispiel und bet ragt G⁹ max = 8,3°. Mit D .= 0,02 ergibt .sich hier eine Anhebung der Randhelligkeit von Ξ/Ε_ο = 1,19. Die zweite Linse 5 stellt ebenfalls, analog wie im obigen Beispiel, die Abbildungseigenschaften des Kondensors 4 wieder her.

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Claims

-J-

Erfindunqsanspruch :

1. Anordnung zur Verbesserung und Korrektur der Lichtverteilung in der Projektionsebene eines optischen Projektionssystems, welches aus einem Kondensorsystem und einem Projektionsobjektiv für optische Projektionszwecke besteht, wobei Kondensorsysftem und Projektionsobjektiv sphärische und/oder teilweise asphärische Linsen enthalten, gekennzeichnet dadurch, daß das Kondensorsystem in optischer Nähe zur Objektebene des Projekt,ionsobjektives mindestens eine Kombination aus zwei sphärischen Linsen aufweist, von denen die eine Linse aus einem optischen Medium besteht, welches in Abhängigkeit von der Linsendicke eine wesentlich von Null verschiedene und der erwünschten Lichtverteilung in der Projektionsebene entsprechende Extinktion aufweist und von denen die andere Linse eine, die Abbildungseigenschaften des Kondensorsystems wiederherstellende Linse ist .
2. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die sphärische Linsenkombination zu einer austauschbaren Linsenbaugruppe im Kondensorsystem zusammengefaßt ist .
3. Anordnung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß verschiedene sphärische Linsenkombinationen zur wahlweise unterschiedlichen Verbesserung und Korrektur der Lichtverteilung auf einem gemeinsamen in den Strahlengang einschwenkbaren Revolver angeordnet sind.

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4. Anordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Linse deren Extinktion von der Linsendicke abhängig ist, mit dem Wärmeschutzfilter des Kondensorsystems identisch ist.
- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen -