DE2029255C3

DE2029255C3 - Device for multiple imaging of a monochromatically illuminated or self-luminous object with a hologram

Info

Publication number: DE2029255C3
Application number: DE19702029255
Authority: DE
Inventors: Christiaan Hendrik Frans Einhoven Velzel (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-06-25
Filing date: 1970-06-13
Publication date: 1977-01-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abbildung eines monochromatisch beleuchteten oder selbstleuchtenden Gegenstandes, dessen Bild gleichzeitig an vielen in ihrer Lage vorgegebenen Stellen der Bildebene erzeugt wird, mit einem Hologramm, das von einem der gewünschten räumlichen Verteilung der _A0 Bilder entsprechenden Punktraster und einer punktförmigen Referen^lichtquelle gebildet ist, wobei der Gegenstand oder ein entsprechendes Bild desselben die Wiedergabelichtquelle bildetThe invention relates to a device for imaging a monochromatically illuminated or self-luminous object, the image of which is generated simultaneously at many locations of the image plane predetermined in their position, with a hologram consisting of a _{point grid corresponding to the desired spatial distribution of the A0} images and a point-like one Referen ^ light source is formed, wherein the object or a corresponding image of the same forms the display light source

Eine derartige Vorrichtung ist bereits in der niederländischen Patentanmeldung 68 10 976 beschrieben worden. In dieser Vorrichtung wird von einer Anordnung von Punktquellen ein Hologramm gebildet. Bei der Aufnahme des Hologramms wird eine Referenzwelle verwendet, die vorzugsweise auch aus _so einer Punktquelle stammt. Indem bei der Rekonstruktion des Hologramms der abzubildende Gegenstand an die Stelle der Referenzquelle projiziert wird, wird eine Anordnung von Bildern des Gegenstandes an denjenigen Stellen erhalten, wo sich bei der Aufnahme des Hologramms Punktquellen befanden.Such a device has already been described in Dutch patent application 68 10 976. In this device, a hologram is formed from an array of point sources. When recording the hologram, a reference wave is used, which preferably also originates from _such a point source. By projecting the object to be imaged at the location of the reference source during the reconstruction of the hologram, an arrangement of images of the object is obtained at those locations where point sources were located when the hologram was recorded.

Auch in dem Buch von K iemIe und Röss: Einführung in die Technik der Holographie. Akad. Verl. Ges., Frankfurt 1969, S. 273 bis 276, sind solche Punkthologramme und ihre Herstellung aus einem ^₀ Raster von Punktlichtqucllen beschrieben.Also in the book by K iemIe and Röss: Introduction to the technology of holography. Akad. Verl. Ges., Frankfurt 1969, p 273 to 276 are described such a point holograms and their production from a ^ ₀ grid of Punktlichtqucllen.

Bei diesen Vorrichtungen können die erzeugten Bilder eines Gegenstandes Bildfehler aufweisen. In der Mitte jedes der Bilder mit den Koordinaten der ursprünglich dort befindlichen Punktquelle wird zwar die Bildgütc nur durch die numerische Apertur des Hologramms begrenzt; an anderen Stellen in jedem Bild ist die Uildßüte aber schlechter. Es. ist schwierig, die Abweichungen in den erzeugten Bildern innerhalb der Toleranzen zu halten, die z.B. bei der Herstellung integrierter Schaltungen verlangt werden. Die Bildfehler können in guter Annäherung als Koma, Astigmatismus, Bildfeldkrümmung und Verzeichnung beschrieben werden.In these devices, the generated images of an object can have image errors. In the The center of each of the images with the coordinates of the point source originally located there is indeed the image quality is limited only by the numerical aperture of the hologram; in different places in each picture but the Uildßüte is worse. It. is difficult that To keep deviations in the generated images within the tolerances, e.g. during production integrated circuits are required. The image errors can be approximated as coma, astigmatism, Curvature of field and distortion are described.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die durch Koma, Astigmatismus, Bildfeldkrümmung und Verzeichnung hervorgerufenen Bildfehler verringert sind.The invention is therefore based on the object of providing a device of the type mentioned at the beginning in which those caused by coma, astigmatism, field curvature and distortion Image errors are reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöstThis object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1 solved

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß Bildfehler der genannten Art mit Hilfe eines Linsensystems ausgeglichen werden können, das Bildfehler der dritten Ordnung mit entgegengesetztem Vorzeichen aufweist und bei dem die Bildfehler der dritten Ordnung einen Absolutwert haben, der gleich dem der vom Hologramm eingeführten Bildfehler istThe invention is based on the knowledge that Image errors of the type mentioned can be compensated for with the help of a lens system third order with opposite sign and in which the image errors of the third order have an absolute value equal to that of the aberrations introduced by the hologram

Mit der Vorrichtung nach der Erfindung kann eine Bildgüte erreicht werden, die für viele Anwendungen bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen ausreichend istWith the device according to the invention, an image quality can be achieved that for many applications the production of integrated semiconductor circuits is sufficient

Der Erfindungsgegenstand wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe subject matter of the invention is explained in more detail below using the drawing, for example. It indicates

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Herstellung eines Hologramms eines Punktrasters,1 shows a device for producing a hologram of a dot matrix,

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Mehrfachbildes mit Hilfe des mit der Vorrichtung nach Fig. 1 hergestellten Hologrammsund2 shows a device for generating a multiple image with the aid of the device according to Fig. 1 produced holograms and

F i g. 3 eine Abwandlung eines Teils der Vorrichtung nach Fig. 1.F i g. 3 shows a modification of part of the device according to FIG. 1.

In der Vorrichtung nach Fig. 1 wird eine kohärente monochromatische Welienfront 1 (die z. B. von einem Laser herrühri) vom Teilspiegel 2 in Wellenfronten 3 und 4 aufgespaltet. Die Wellenfront 3 wird nach Reflexion am Spiegel 19 von der Linse 5 im Punkt 6 fokussiert. Die vom Punkt 6 ausgehende Wellenfront 7 trifft die photographische Platte 8. Die Wellenfront 4 trifft die Platte 9, in der ein Punktraster angebracht ist Die von diesem Punktraster ausgehende Welle 10 trifft gleichfalls die photographische Platte 8 und interferiert dort mit der Referenzwelle 7. Das Punktraster 9 und die Referenzquelle 6 liegen z. B. in einer zu der photographischen Platte parallelen Ebene. In der Nähe dieser Ebene ist die Korrekturlinse 11 angebracht; die Wellen 7 und 10 passieren die Korrekturlinse 11. bevor sie die photographische Platte 8 treffen.In the device according to FIG. 1, a coherent monochromatic wave front 1 (e.g. Laser originates from partial mirror 2 in wavefronts 3 and 4 split. The wavefront 3 is after reflection on the mirror 19 from the lens 5 at point 6 focused. The wave front 7 emanating from point 6 hits the photographic plate 8. The wave front 4 meets the plate 9 in which a grid of points is attached. The wave 10 emanating from this grid of points hits likewise the photographic plate 8 and there interferes with the reference wave 7. The dot matrix 9 and the Reference source 6 are z. B. in a plane parallel to the photographic plate. Close to this The correction lens 11 is attached to the plane; the waves 7 and 10 pass the corrective lens 11. before the meet photographic plate 8.

Das nach Entwicklung der photographischen Platte 8 erhaltene Hologramm 15 des Punktrasters kann zum Erzeugen von Mehrfachbildern benutzt werden. Eine dazu verwendete Vorrichtung ist in F i g. 2 dargestelltThe hologram 15 of the dot matrix obtained after developing the photographic plate 8 can be used for Generating multiple images can be used. A device used for this is shown in FIG. 2 shown

Die Linse 13 erzeugt ein Bild 14 des Gegenstandes 12. Das Hologramm 15 wird in einem Abstand ζ vom Bild 14 angeordnet, der gleich dem Abstand der Referenzquelle 6 von der pholographischen Platte 8 bei der Aufnahme des Hologramms ist. Vor der Bildfläche 17, in der das Bild 14 liegt, ist die Korrckturlinsc 11 (die der Linse 11 der Fig. I entspricht) angeordnet. Es versteht sich, daß bei der Abbildung des Gegenstandes 12 im Bild 14 die (geringen) Aberrationen der Linse von der Linse 13 korrigiert werden müssen. In der Bildfläche 17, die dem Hologramm »5 parallel ist, werden nun vom Hologramm die Mchrfuchbildcr 18 erzeugt.The lens 13 generates an image 14 of the object 12. The hologram 15 is arranged at a distance ζ from the image 14, which is equal to the distance between the reference source 6 and the pholographic plate 8 when the hologram is recorded. In front of the image area 17 in which the image 14 lies, the correction lens 11 (which corresponds to the lens 11 of FIG. I) is arranged. It goes without saying that the (minor) aberrations of the lens must be corrected by the lens 13 when the object 12 is shown in the image 14. In the image area 17, which is parallel to the hologram 5, the broken images 18 are now generated from the hologram.

Es läßt sich nachweisen, daß die Verzeichnung derIt can be proven that the distortion of the

Bilder, die mit der in der niederländischen Patentanmeldung 68 10 976 beschriebenen Vorrichtung erhalten wird, von einem Linsensystem mit einer Verzeichnung: Images obtained with the device described in Dutch patent application 68 10 976 from a lens system with a distortion:

Ax _ _ 4 Ax _ _ 4

korrigiert werden kann, wobei χ eine Koordinate in der Bildfläche und ζ den Abstand der Austrittspupille von der Bildfläche darstellt Zum Erhalten einer wirksamen Korrektur muß das Linsensystem zwischen dem Punktrauer und der photographischen Platte bzw. zwischen dem Hologramm und der Bildfläche angeordnet sein. Das Hologramm bildet dann die Eintrittspupille des Linsensystems.can be corrected, wherein χ is a coordinate in the image area and ζ the distance of the exit pupil of the image area representing To obtain an effective correction, the lens system between the point Rough and the photographic plate, or between the hologram and the image surface has to be disposed. The hologram then forms the entrance pupil of the lens system.

Der Astigmatismus kann von einem System ausgeglichen werden, das als sagittale Bildkrümmung The astigmatism can be compensated for by a system called sagittal image curvature

^K>~Yz
und als meridionaJe Bildkriimmung: ^K > ~ Yz
and as a meridional curvature of the image:

aufweist Die Petzval-Krümmung und das Koma des Systems müssen gleich Null sein. has the Petzval curvature and coma of the system must be equal to zero.

Eine einzige Linse, somit auch die Linse 11 der F i g. 1, hat immer eine Petzval-Krümmung und kann also nicht alle Aberrationen gleichzeitig korrigieren.A single lens, thus also the lens 11 of FIG. 1, always has a Petzval curvature and thus can not correct all aberrations simultaneously.

Wohl kann zur Herabsetzung der Verzeichnung vor der Bildfläche eine einzige dünne Linse angeordnet werden. Wenn dieser Linse eine Stärke Well may be arranged to reduce the distortion of the image surface in front of a single thin lens. If this lens has a strength

^T~ 42 ^T ~ 42

bei einer Brechungszahl /7 = 3/2 erteilt wird, wird der Astigmatismus teilweise ausgeglichen. Die Bildkrümmungen werden dann nämlich gleichgiven a refractive index / 7 = 3/2, the Astigmatism partially balanced. The curvatures of the image then become the same

YzY Z

Y-Y-

O O

R' = ~^³— R ' = ~ ^ ³ -

Seite der Platte 8 bzw. des Hologramms 15 angebracht werden.Side of the plate 8 or the hologram 15 are attached.

Wenn die Linse unmittelbar hinter dem Punktraster 9 ( F i g. 1) bzw. unmittelbar vor der Bildfläche 17 ( F i g. 2) angeordnet wird, tritt kein Koma auf.If the lens is immediately behind the point grid 9 (FIG. 1) or immediately in front of the image area 17 (FIG. 2) is ordered, no coma occurs.

Statt einer einzigen »dünnen« Linse 11. die unmittelbar hinter dem Punktraster bzw. unmittelbar vor der Bildfläche angeordnet ist. kann auch eine einzige »dünne« Linse angewandt werden, die unmittelbar vor der Platte 8 (Fig. 1) bzw. unmittelbar hinter dem Hologramm 15 (Fig.2} angeordnet ist. Diese Linse korrigiert den Astigmatismus; die Verzeichnung wird nicht geändert.Instead of a single "thin" lens 11. the immediate is arranged behind the point grid or immediately in front of the image area. can also be a single "Thin" lens are used immediately in front of the plate 8 (Fig. 1) or immediately behind the Hologram 15 (Fig.2} is arranged. This lens corrects the astigmatism; the distortion is not changed.

Die Parameter dieser Linse sind z. B.:The parameters of this lens are e.g. B .:

und R =and R =

-5-5

Die stärkste Krümmung muß in diesem Falle auf der Seite des Punktrasters 9 {F < g. 1) bzw. der Bildfläche 17 (Fig.2) angebracht werden. Die Form der Linse ist derart gewählt, daß das Koma verschwindet In diesem Falle verbleibt die Petzval-KrümmungIn this case, the greatest curvature must be on the side of the dot matrix 9 {F < G. 1) or the image surface 17 (Fig. 2) can be attached. The shape of the lens is chosen so that the coma disappears. In this case the Petzval curvature remains

als Restaberration.as residual aberration.

Diese Linse führt sphärische Aberration in die Abbildung der Referenzquelle ein, die von der Linse 13 ausgeglichen werden muß.This lens introduces spherical aberration into the image of the reference source produced by the lens 13 must be balanced.

Statt einer einzigen Linse kann ein Linsensystem zwischen der Bildfläche und dem Hologramm angebracht werden. Mit einem aus zwei »dünnen« Linsen bestehenden System ( F i g. 3) können alle Aberrationen dritter Ordnung korrigiert werden. Die Lagen der Linsen können z. B. sein: unmittelbar hinter dem Punktraster 9 (Linse 20) und unmittelbar vor der photographischen Platte 8 (Linse 21).Instead of a single lens, a lens system can be attached between the image surface and the hologram will. With a system consisting of two "thin" lenses (FIG. 3), all aberrations third order can be corrected. The positions of the lenses can be, for. B. be: immediately behind the Dot grid 9 (lens 20) and immediately in front of the photographic plate 8 (lens 21).

Die Parameter eines geeigneten Systems sind:The parameters of a suitable system are:

Linse 20:Lens 20:

so daß die obenstehenden Bedingungen möglichst gut erfüllt sind. Die Verzeichnung wird nahezu völlig ausgeglichen, wenn dieser Linse die Krümmungso that the above conditions are met as well as possible. The distortion becomes almost complete balanced when this lens has the curvature

+ 0,87+ 0.87

_? -0.4 -1,4 _? -0.4 -1.4

Linse 21:Lens 21:

-5-5

erteilt werden. Die stärkste Krümmung muß auf der Es ist einleuchtend, daß mit einem komplizierten Linsensystem zwischen dem Hologramm und der Bildfläche die Bildfehler mit größerer Genauigkeit ausgeglichen werden können.be granted. The strongest curvature must be on the It is evident that with a complicated one The lens system between the hologram and the image surface eliminates the aberrations with greater accuracy can be compensated.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

! “Device for imaging a monochromatic illuminated or self-luminous object whose image at the same time on many in their Position predetermined locations of the image plane is generated, jnit a hologram, which is from one of the desired spatial distribution of the images corresponding point grid and a point-like ι ο Gen reference light source is formed, the object or a corresponding image of the same forms the playback light source, characterized in that between the hologram and a thin concavo-convex lens is arranged on the image plane in the immediate vicinity of the image plane whose surface must be the stronger Curvature <facing the hologram, and / or that between the hologram and the image plane in the immediate vicinity of the hologram there is a thin one concavo-convex lens is arranged, the surface of which with the stronger curvature of the image plane is facing, and that in each case the hologram used by one of the hologram seen the same lens arrangement in the beam path to between the point grid and reference light source on the one hand and hologram on the other hand is generated as it is selected in the playback beam path.

2. Use of a device according to claim 1 for the production of integrated circuits.