DE1472059A1

DE1472059A1 - Kondensoreinrichtung fuer Strahlungen

Info

Publication number: DE1472059A1
Application number: DE19651472059
Authority: DE
Inventors: Benard Christian Louis Georges
Original assignee: Anciens Etablissements Barbier Benard and Turenne SA
Current assignee: Anciens Etablissements Barbier Benard and Turenne SA
Priority date: 1964-02-18
Filing date: 1965-02-17
Publication date: 1969-11-13
Also published as: FR1394183A; US3387128A

Description

Patentanwalt

DirL-ΐης. Hv.l:ivi-j!: Schcefer

. fc - Kai 652 9656 \4 / /(J 5Q₁J

P 14 72 059.3 (A 48 420 IXa/ 42h)

ANCIENS ETABLISSEMENTS BARBIER, BENARD & TURENNE, 82, Rue Curial, PARIS, Seine/ Frankreich

Kondensoreinrichtung für Strahlungen

Die Erfindung betrifft Kondensoreinrichtungen für Strahlungen, die ein elementares Kondensorsystem benutzen, das aufgebaut ist aus einem sphärischen Spiegel, welcher auf die Strahlenquelle zentriert und hinter dieser derart angeordnet ist^ daß ein normalerweise verlorener Teil des Strahlenstromes benutzt wird und aus einem Objektiv, das selbst am Ort des Bildes der Strahlenquelle durch die Kondensorlinse hindurch angeordnet ist. Solche Anordnungen gestatten es, eine gleichförmige Beleuchtung auf den zu bestrahlenden Flächen zu erzielen.

Man kennt ein elementares Kondensorsystem für Strahlungen mit gleichförmiger Beleuchtung, welches aus einer Lichtquelle aufgebaut ist, gegebenenfalls aus einem sphärischen Spiegel, der auf die Lichtquelle zentriert und hinter dieser angeordnet ist, wodurch ein Teil des normalerweise verlorenen Strahlungsstromes verwendet wird, ferner aus einer Kondensorlinse und einem Objektiv, das selbst am Ort des Bildes der Quelle durch die Kondensorlinse aufgestellt ist und das Bild der Kondensorlinse auf der zu bestrahlenden Oberfläche büdet. 909846/0105 ORIGINAL

Dieses Kondensor system weist den Nachteil auf, daß die so theoretisch verwirklichte Gleichförmigkeit der Beleuchtung umsoweniger wirksam ist, je größer der Öffnungswinkel der Kondensorlinse ist, woraus sich ergibt, daß man nur Linsen mit geringer Öffnung verwenden kann und demgemäß nur einen geringen Teil der durch die Quelle ausgesandten Strahlung erfassen kann, selbst wenn man hinter ihr einen sphärischen Spiegel vorsieht.

Dieses Kondensorsystem hat ferner den Nachteil, daß beim Vorhandensein eines einzigen Strahlenbündels die leichte Korrektion der spektralen Zusammensetzung des Strahlenbündels nicht möglich ist, insbesondere bei Benutzung verschiedener Korrektionsfilter, die in der Bahn des vorerwähnten Bündels aufgestellt sind, Fitter, deren bisweilen entgegengesetzte Eigenschaften vollständig die Verwendung bei einem einzigen Strahlenbündel verhindern und die einfache und genaue Verwirklichung eines Strahlenbündels mit definierter spektraler Zusammensetzung.

Es sind auch bereits Beleuchtungseinrichtungen insbesondere für Auflichtprojektoren bekannt, die eine oder mehrere Lichtquellen und ein direktes sowie ein sekundäres Strahlenbündel von verschiedenen optischen Systemen mit senkrecht zueinanderliegenden Achsen benutzen.

Die Erfindung hat zum Ziel, die Nachteile der bekannten Systeme zu beseitigen, d.h. einen wesentlicheren Teil des durch die Quelle emittierten Strahlungsstromes zu verwenden, wobei sich eine gleichförmige Beleuchtung ergibt und es in anpassungsfähiger und genauer Weise möglich ist, die Korrektion der spektralen Zusammensetzung des Strahlungsbündels zu erzielen und ferner die Verwirklichung von Strahlenbündeln mit definierter spektraler Zusammensetzung.

909846/0105

Zu diesem Zweck ist eine Kondensoreinrichtung der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch eine Lichtquelle L₁ einen Kranz von Kondensorlinsen C₁... CL geringer Öffnung, der zentriert ist um die durch den Mittelpunkt der Strahlenquelle und den Mittelpunkt der zu bestrahlenden Fläche definierte optische Achse, ferner durch einen Kranz sphärischer Spiegel M₁... M , die den Mittelpunkt der Strahlen« quelle als Mittelpunkt haben und symmetrisch zu den Kondens or lins en angeordnet sind und durch einen Kranz ebener Spiegel, die passend zur optischen Achse geneigt sind, um einen Kranz von Objektiven gleichmäßig zu beleuchten, welche die Überlagerung aller Elementarbündel auf der zu bestrahlenden Fläche gestatten.

Man kann so gewünschtenfalls bestimmte elementare Bündel korrigieren, indem geeignete Korrektionsfilter hinzugefügt werden und man kann so erreichen, daß die spektrale Zusammensetzung des Strahlungsbündels, welches die Oberfläche beleuchtet, sehr feinstufig korrigiert wird.

Man kann ebenfalls die elementaren Systeme um mehrere Strahlungs» quellen gruppieren, indem alle elementaren Bündel, die so entstehen, auf der zu bestrahlenden Oberfläche derart zusammentreffen, daß die elementaren Bündel sich auf dieser oder in deren Nachbarschaft exakt decken.

Durch Kombination der Strahlungslampen und der spektralen Korrektur bestimmter element- .■ .· Bündel gelingt es in sehr anpassungsfähiger Form

5^9846/0105

BAD

.. i 4 -

Ί472059

und mit großer Präzision, ein Strahlungsbündel wohldefinierter spektraler Zusammensetzung zu verwirklichen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.

Figur 1 ist eine Ansicht im Schnitt des elementaren Kondensorsystems nach der Erfindung mit gleichförmiger Beleuchtung.

Figur 2 ist eine Ansicht im Schnitt einer ersten Ausführungsform der Erfindung, welche eine einzige Strahlungsquelle und acht optische elementare Systeme benutzt.

Figur 3 zeigt eine Ansicht im Schnitt einer zweiten Ausführungsform, die mehrere Strahlungsquellen benutzt und

Figur 4 gibt die Schnittansicht einer dritten Ausführungsform, der Erfindung wieder, welche den Durchtritt des Strahlungsbündels durch einen Abschnitt mit geringen Abmessungen gestattet.

Die Figur 1 zeigt das bekannte elementare System, das aufgebaut ist durch eine Lichtquelle L, einen sphärischen Spiegel M, der mindestens annähernd auf den Spiegel zentriert und hinter diesem aufgestellt ist, durch eine Koridensorlinse C geringer Öffnung, um eine gleichförmige Beleuchtung zu erhalten, welche Linse durch die Quelle gleichförmig beleuchtet wird und durch ein Objektiv O, das selbst am Ort des Bildes der Quelle durch die Köndensorlinse C oder in einer benachbarten Ebene angeordnet ist, wobei das

909846/0105

U72059

Objektiv O das Bild der Kondensorlinse C oder das einer benachbarten Ebene auf der zu bestrahlenden Fläche S oder in deren Nachbarschaft entstehen läßt.

Bei dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die verbesserte Kondensoreinrichtung als Lichtquelle L eine Entladungslampe mit kurzem r Bogen auf, um welche herum acht identische Elementarsysteme der oben

beschriebenen Art gleichmäßig verteilt sind, deren optische Achsen durch

M den Mittelpunkt der Quelle L und den Mittelpunkt A der zu bestrahlenden ™

Fläche F treten, wobei jedes der elementaren Systeme außerdem einen zweckentsprechend geneigten ebenen Spiegel besitzt, der in der Bahn des elementaren Flusses zwischen der Kondensorlinse und dem Objektiv derart auf ge at eilt ist, daß alle Bilder der Kondensorlinsen durch die Objektive hindurch sich exakt auf der zu bestrahlenden Oberfläche S decken.

Das erwähnte Kondensorsystem weist eine Lichtquelle L. auf, einen Kranz von acht Kondensorlinsen C₁, CL ... CL mit einer halben Öffnung von etwa Λ

20°, die insgesamt etwa 25 % des durch die Quelle emittierten Flusees erfaßt, symmetrisch in bezug auf die Quelle L. einen Kranz von acht auf die erwähnte Quelle zentrierten sphärischen Spiegeln Mj...M„, welche auch etwa 25 % des emittierten Flusses erfassen, einen Kranz von acht Objektiven 0....O₀ und einen Kranz von acht ebenen Spiegeln M₁...M_Q, die ent-

8 J. ö

sprechend geneigt und zwischen den Kondensorlinsen und den Objektiven in der Weise angeordnet sind, daß die acht Elementarbündel sich auf der zu bestrahlenden Fläche S decken. Der Einfachheit halber ist in Figur 2 nur

909846/0105

das erste und das fünfte der Elementarsysteme der Anordnung dargestellt. Diese Kondensoreinrichtung verwirklicht die gleichförmige Beleuchtung der zu bestrahlenden Fläche S einerseits, weil die Öffnungswinkel der Kondensorlinsen CL... C gering sind und andererseits weil die Bestrahlung der Fläche S erhalten wird durch Deckung einer gewissen Anzahl elementarer Strahlungsbündel, die selbst gleichförmig sind. Außerdem erfaßt die Kondensoreinrichtung einen wesentlichen Teil des durch die Quelle emittierten Flusses, der gleich ist der Summe der Elementarflüsse, die von jedem Elementarsystem erfaßt werden.

In dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind eine gewisse Zahl von Kondensor einrichtungen vereinigt, die nur eine Quelle benutzt des Typs, wie er in Figur 2 dargestellt und vorstehend beschrieben ist, wodurch so eine Kondensoreinrichtung mit mehreren Quellen erzielt wird., etwa mit drei Quellen L , L , L , deren sämtliche Elementarbündel im Mittelpunkt A der

L A O

zu bestrahlenden Fläche S konvergieren, die in dieser Weise gleichförmig beleuchtet wird. Damit wird eine Einrichtung erhalten, deren Anwendung besonders vorteilhaft in den Fällen ist, in denen die erforderliche Strahlungsintensität hoch ist, wenn große Flächen zu beleuchten sind und wenn eine gut definierte spektrale Verteilung zu verwirklichen ist.

Bei dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Kondensoreinrichtung mit mehreren Quellen, etwa mit drei Quellen L_, L_fi, L„ , deren Bilder der Kondensorlinsen der verschiedenen elementaren Systeme durch die Systeme hindurch sich genau auf einer Fläche S₁ decken, eine Linse N₁, die am Ort des erwähnten Bildes der Kondensorlinsen angeordnet und von gleichen

909846/0105

H72059

Abmessungen wie dieses ist, ferner ein Objektiv N₃, das selbst angeordnet ist am Ort der Bilder der Quelle der elementaren Systeme durch die Linse N₁ hindurch und eine zu bestrahlende Fläche S₀ auf der das Objektiv N₀ das Bud der Linse N entstehen läßt, wobei das Objektiv den Durchtritt des Strahlungsflusses gestattet durch einen Abschnitt herabgesetzter Abmessungen und ins« besondere bei den Problemen der räumlichen Simulation, wobei die zu bestrahlende Fläche in einer Vakuumkammer untergebracht ist, durch deren Fenster der Strahlungsfluß tritt.

Die den Gegenstand der Erfindung bildenden Kondensoreinrichtungen gestatten, insbesondere in ihrer in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellten und vorstehend erläuterten Ausführungsform, die spektrale Zusammensetzung bestimmter elementarer Flüsse zu verändern durch die Hinzufügung geeigneter Filter und infolgedessen die Strahlungsfilterung in einer sehr anpassungsfähigen Weise zu verwirklichen, da man insbesondere bei bestimmten elementaren Bündeln Filter verschiedener spektraler Verteilung anordnen kann, deren bisweilen entgegengesetzte Eigenschaften vollständig ihre Anwendung bei einem einzigen Bündel verhindern werden. Besonders bei den Aufgaben der räumlichen Simulation, wo es notwendig ist, eine gleichförmige Beleuchtung einer Fläche zu erzielen und zwar mit einer Strahlung genau bestimmter spektraler Zusammensetzung, verpflichtet die Verwendung von Xenonlampen den Benutzer, die wichtigste Strahlung nahe dem Infraroten zu filtern und die wirksamen Filter sind zu undurchlässig für ultraviolette Strahlung, um auf die Gesamtheit des Bündels angewendet zu werden, was die Verwendung der verbesserten Kondensor einrichtungen besonders vorteilhaft macht. Andererseits können die Kondensor einrichtungen nach der Erfindung, insbesondere in ihrer

809848/G1OS

Ausführungsform, die in den Figuren 3 und 4 dargestellt und vorstehend erläutert ist, Strahlungsquellen verschiedener Natur zulassen, was durch entsprechende Wahl der Quellen und der partiellen Filter gestattet, einen Fluß wnhl definierter spektraler Verteilung mit der größtmöglichen Treue nach der Zusammen-setzung aller elementarer Bündel zu verwirklichen, was die > Verwendung der verbesserten Kondensor einrichtungen besonders interessant macht im Falle der Aufgaben der räumlichen Simulation.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 2, 3 und 4 gestattet die Tatsache, daß die Kondensorlinsen verschiedener elementarer Systeme ihr Bild durch die Systeme hindurch auf der zu bestrahlenden Fläche bilden, in bestimmten benachbarten Ebenen der Kondensorlinsen neutrale Filter progressiv veränderlicher Dichte entsprechend veränderlichen Gesetzen derart anzuordnen, daß die Bestrahlung der Fläche so vollständig gleichförmig gemacht werden kann, wie man es wünscht, indem die überschüssige Strahlung der entsprechenden Zonen der nützlichen Fläche aufgefangen oder reflektiert wird.

Die Erfindung gestattet eine über die dargestellten Ausführungsbeispiele hinausgehende Anwendung. So kann insbesondere die Zahl der optischen Elementarsysteme ebenso wie die Zahl der Lichtquellen -verschieden sein, die Eigenschaften der benutzten Linsen und Spiegel können verschieden gewählt sein und man kann die verschiedenen Kondensorlinsen, Spiegel und Objektive durch äquivalente optische Systeme ersetzen. Anstatt die ebenen Spiegel der elementaren Systeme zwischen der Kondensorlinse und dem Objektiv anzordnen, kann man sie zwischen dem Objektiv und der zu bestrahlenden Fläche vorsehen und aus

9098/.B/0105 _BAD ORUMNAU

praktischen Gründen können die verschiedenen Linsen und Objektive auch nicht senkrecht sein zu den optisehen Achsen der verschiedenen elementaren Systeme.

Patentansprüche:

909846/0105

Claims

L-ing. Η:&ιπάι Schadet 10 Ziesenitistr. 6 - Kur 6529656 a. ' ? · ■U72059 Patentansprüche:

1. Kondensoreinrichtung für Strahlungen, die ein elementares Kondensorsystem benutzt, das aufgebaut ist aus einem sphärischen Spiegel, welcher auf die Strahlenquelle zentriert und hinter dieser derart angeordnet ist, daß ein normalerweise verlorener Teil des Strahlenstromes benutzt wird und aus einem Objektiv, das selbst am Ort des Bildes der Strahlenquelle durch die Kondensorlinse hindurch angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Lichtquelle (L), einen Kranz von Kondensorlinsen (C₁... CV) geringer Öffnung, der zentriert ist um die durch den Mittelpunkt der Strahlenquelle und den Mittelpunkt der zu bestrahlenden Fläche definierte optische Achse, ferner durch einen Kranz sphärischer Spiegel (M ,.. M), die den Mittel-

JL 0

punkt der Strahlenquelle als Mittelpunkt haben und symmetrisch zu den Kondensorlinsen angeordnet sind und durch einen Kranz ebener Spiegel, die passend zur optischen Achse geneigt sind, um einen Kranz von Objektiven gleichmäßig zu beleuchten, welche die Überlagerung aller Elementarbündel auf der zu bestrahlenden Fläche gestatten.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadμrch gekennzeichnet, daß jeder Spiegel zwischen der Kondensorlinse und dem Objektiv oder zwischen dem Objßktiv und der zu bestrahlenden Fläche angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufgebaut ist aus mehreren Kondensoreinrichtungen und zugeordneten Lichtquellen.

90984Ö/0105 _ΛΛ

Unleriagcn (Art. 7 ä l Aös. Z Nr. 1 Satz 3 des Änderung .j ,. *. _4i &

4. Einrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Linse aufweist, die am Ort des Bildes der Kondensorlinsen angeordnet ist, welsches Bild in gleichen Abmessungen von den elementaren Systemen geliefert wird und ein Objektiv, das angeordnet ist am Ort der Bilder der Quelle durch die elementaren Systeme hindurch, und das den Durchtritt des beleuchtenden StraJilungsstromes durch eine Wand verjüngter Abschnitte und die Entstehung des Bildes der vorerwähnten Linse auf der zu bestrahlenden Fläche gestattet.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtquellen und mehrere elementare Systeme vorhanden sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen und die verschiedenen elementaren Systeme von Natur verschieden sind,

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Korrektions -

filter der spektralen Verteilung auf der Bahn bestimmter Bündel der ele- ™

mentaren Systeme angeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neutrale, die Gleichförmigkeit korrigierende FiItEr in benachbarten Ebenen bestimmter Kondensorlinsen der elementaren Systeme angeordnet sind.

9Ö984Ö/01Ü5