DE3132782C2

DE3132782C2 - Zweistufige Phasengitter-Fokussierplatte

Info

Publication number: DE3132782C2
Application number: DE3132782A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Sakai Kobayashi
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 1980-08-26
Filing date: 1981-08-19
Publication date: 1986-03-27
Also published as: US4598977A; DE3132782A1; JPS5741621A

Abstract

Zweistufige Phasengitter-Fokussierplatte, die auf ihrer Oberfläche eine Anzahl von feinen Mustereinheiten aufweist, von denen jede eine Mehrzahl von Vorsprüngen und/oder Vertiefungen oder eine Mehrzahl von Gruppen alternativ angeordneter ringförmiger, konzentrischer Vorsprünge und Vertiefungen in einer beabstandeten und symmetrischen Anordnung aufweist. Das Verhältnis γ der Summe der Flächen der Vorsprünge oder Vertiefungen zur Gesamtfläche der Mustereinheit wird durch 0,25 ≦ γ < 0,5 für ein Licht in einer Wellenlänge im Bereich von 0,46 μm bis 0,64 μm bestimmt, und die Phasendifferenz Θ des Lichts in Folge des Höhenunterschieds zwischen den Vorsprüngen oder den Vertiefungen und der Fläche der Fokussierplatte beträgt π.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine zweistufige Phasengitter-Fokussierplatte gemäß dem Oberbegriff des

Anspruchs 1. Eine derartige Phasengitter-Fokussierplatte besitzt eine Anzahl feiner Musteieinheiten, die aus Vorsprängen und/oder Vertiefungen auf einer Substratfläche besteht, so daß die Mustereinheiten regelmäßig in einer regelmäßigen quadratischen Anordnung oder in einer regelmäßigen dreieckigen Anordnung angeordnet sind.

Derartige Fokussierplatten sind aus der JP-OS 55/9568 und der DE-OS 29 46 005 bekannt Jede Mustereinheit der bekannten Fokussierplatten ist entweder mit einem einzigen, mittleren, zylindrischen Vorsprung oder einer Vertiefung oder einer einzigen Gruppe alternativ angeordneter, ringförmiger, konzentrischer Vorspränge und Vertiefungen versehen. Die bekannten Fokussierplatten mit deartigen Mustereinheiten weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie nicht ausreichend an die gewünschten DifTraktionseigenschaften angepaßt werden können, obwohl es möglich ist, die Diffraktionseigenschaften mittels Änderung de: Höhenunterschieds zwischen den Vorsprüngen und Vertiefungen (d. h., der Phasendifferenz θ eines Lichts in Folge des Höhenunterschieds) und mittels Ändern des Radius des zylindrischen Vorsprungs oder der Vertiefung oder durch Kombination der Änderung der Radii der ringförmigen konzentrischen Vorspränge und Vertiefungen (d. h., das Verhältnis γ der Gesamtfläche der Vorsprünge oder Vertiefungen zur Gesamtfläche der Mustereinheit) zu ändern. Zusätzlich besteht ein weiterer Nachteil der bekannten Fokussierplatten darin, daß sogar die geringste Abweichung des Radius des zylindrischen Vorsprungs oder der Vertiefung, oder der Kombination der Radii der ringförmigen konzentrischen Vorspränge und Vertiefungen, die während der Produktion auftreten können, die Diffraktionseigenschaften in beträchtlichem Ausmaß beeinflussen.

Er soll darauf hingewiesen werden, daß Fokussierplatten der beschriebenen Art mit Mustereinheiten unterschiedlicher Anordnung schematisch in den Fig. 4 und 7 der JP-OS 55/9568 dargestellt sind. Jede dieser Mustereinheiten ist mit asymmetrisch angeordneten zylindrischen oder rechtwinkligen parallelogrammformigen Vorsprüngen versehen. Die asymmetrische Anordnung derartiger Vorsprünge in den Mustereinheiten kann nicht defokussierte Bilder mit natürlicher Abstufung schaffen.

Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine zweistufige Phasengitter-Fokussierplatte der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen größeren Freiheitsgrad oder eine größere Auslegungsanpassungsfähigkeit zur Erzielung der gewünschten Diffraktionseigenschaften aufweist, und die natürlich abgestufte defokussierte Bilder schafft, und deren Diffraktionseigenschaften weniger durch Produktionsfehler beeinflußt werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Mit der Erfindung wird in vorteilhafter Weise eine zweistufige Phasengitter-Fokussierplatte geschaffen, die die Beobachtung eines defokussierten Bildes so erleichtert, daß die Fokussierung leicht durchgeführt werden kann.

Auf der Oberfläche einer erfindungsgemäßen Fokussierplatte sind eine Anzahl feiner Mustereinheiten, von denen jede eine Anzahl von zylindrischen Vorsprüngen und/oder Vertiefungen oder einer Anzahl von Gruppen alternativ angeordneter, ringförmiger, konzentrischer Vorsprünge und Vertierungen aufweist, angeordnet Die Art der Anordnung der Mustereinheiten ist entweder regelmäßig quadratisch oder regelmäßig dreieckig und die zylindrischen Vorsprünge und/oder Vertiefungen, oder die Gruppen der ringförmig, konzentrischen Vorsprunge .s und Vertiefungen jeder Mustereinheit sind voneinander beabstandet und zueinander symmetrisch angeordnet Die so aufgebaute Fokussierplatte macht es möglich, die Diffraktionseigenschaften nicht nur entsprechend der Höhenunterschiede zwischen den Vorsprüngen und Vertiefungen id. h., der Phasendifferenz Θ) und der Kombination der Radii der zylindrischen Vorsprünge und/oder Vertiefungen oder der ringförmigen, konzentrischen Projektionen und Vertiefungen (d. h., das Verhältnis y) zu ändern, sondern ebenfalls entsprechend der relativen Anordnung der zylindrischen Vorsprünge und/oder Vertiefungen oder der Gruppen der ringförmigen, konzentrischen Vorsprünge und Vertiefungen zu verändern, wodurch der Freiheitsgrad zur Schaffung der gewünschten Diffraktionseigenschaften verbessert wird. Zusätzlich ist die relative Anordnung der zylindrischen Vorsprünge und/oder Vertiefungen oder d«r Gruppen der ringförmigen, konzentrischen Vorsprünge und Vertiefungen nützlich, um die zufällige Veränderung der Diffraktionseigenschaften zu unterdrücken, die in Folge der Fehler der Radien der zylindrischen Vorsprünge und/oder Vertiefungen oder der Kombination der Radien der ringförmigen, konzentrischen Vorspriinge und Vertiefungen auftreten kann.

Vorzugsweise wird erfindungsgemäß der Höhenunterschied zwischen den Vorsprüngen und Vertiefungen und der Oberfläche der Fokussierplatte so eingestellt, daß eine Erhöhung der Phasendifferenz θ väu π für ein Licht mit einer Wellenlänge von 0,46μπι bis 0,6^ _:j,m eintritt, und gleichzeitig das Verhältnis γ der Summe der Flächen der Vorsprünge oder der Vertiefungen zur Gesamtfläche der Mustereinheiten wird so eingestellt, daß es der Ungleichung 0,25 < y < 0,5 genügt. Diese Einstellungen sind nützlich, um die Intensität des »0«ten Diffraktionslichtes bis auf weniger als 50% der Intensität des gesamten Diffraktionslichtes zu vermindern und erleichtert die Beobachtung der defokussierten Bilder.

Ausführungsbeispiele der vorliegeden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Diffraktion des Lichtes;

F i g. 2 eine schematische Explosionsansicht eines optischen Suchersystems für eine Kamera mit einer Fokussierplatte gemäß der Erfindung;

F i g. 3 bis 6 vergrößerte Aufsichten verschiedener Mustereinheiten, die auf Fokussierplatten ausgebildet sind;

Fi g. 7 und 8 Darstellungen der Basisgittervektoren für eine regelmäßige quadratische Anordnung der Mustereinheiten und für eine regelmäßige dreieckige Anordnung der Mustereinheiten;

Fig. 9 und 10 vergrößerte Aufsichten weiterer Beispiele der auf den Fokussierplatten ausgebildeten Mustereinheiten;

F i g. 11 und 12 Diagramme der Diffraktionseigenschaften der Mustereinheiten von F ί g. 9 und 10, d. h., defokussierte Bilder einer punktförmigen Lichtquelle, die mittels der Fokussierplatte mit den Mustereinheiten von Fig. 9 und mittels der Fokussierplatte mit den Mustereinheiten von Fig. 10 abgebildet werden;

F i g. IS und 14 Diagramme von Diffraktionseigenschaften der Mustereinheiten von F i g. 5, d. h., defokussierte Bilder einer punktförmigen Lichtquelle, die durch die Fokussierplatte mit den Mustereinheiten von F i g. 5 abgebildet wird, wobei Fig. 13 den Fall zeigt in dem die Radien der Vorspriinge korrekt sind und Fig. 14 den Fall zeigt, in dem die Radien der Vorspriinge einen 10% Fehler des Abstandes d der Mustereinheiten aufweisen; Fig. 15 eine vergrößerte Ansicht der Mustereinheit einer bekannten Fokussierplatte;

F i g. 16 und 17 Diagramme von Diffraktionseigenschaften der in F i g. 15 gezeigten Mustereinhsit, d. h., defokussieren Bilder einer punktförmigen Lichtquelle, die auf der Fokussierplatte mit der in Fig. 15 gezeigten Mustereinheit abgebildet wird, wobei F i g. 16 den Fall zeigt, bei dem die Radien der Vorsprünge und Vertiefungen korrekt sind, und F i g. 17 den Fall zeigt, bei dem Radien der Vorspriinge und Vertiefungen einen 1,5% Fehler des Abstandes d der Mustereinheit aufweisen; und

Fig. 18 eine vergrößerte Aufsicht einer möglichen Fokussierplatte, die mit den Fokussierplatten gemäß der Erfindung verglichen werden könnte.

Vor eier Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung soll eine Analyse der Grundlagen gegeben werden, auf denen die Erfindung beruht. Es soll angenommen werden, daß die x, ^-Koordinaten längs einer Oberfläche eines Phasengitters verlaufen, das mit feinen Mustereinheiten ausgebildet ist, die aus Vorsprüngen und Vertiefungen bestehen, und daß die x-Richtung der Diffraktioswinkel und die.y-Richtung der Diffraktionswinkel des mittels des Phasengitters gebeugten Lichts φχ bzw. q>y sind, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist. φχ und φγ können den Ortsfrequenzen fic bzw. fy wie folgt zugeordnet werden:

fx = sin φχ/λ fy = sin φγ/λ (I)

wobei λ die Wellenlänge des auf das Phasengitter einfällenden Lichts / darstellt.

Wenn weiter angenommen wird, daß das Phasengitter durch die Funktion P(xy) ausgedrückt werden kann, die bei Vorsprüngen 1 und bei Vertiefungen 0 ist, so ist die Intensität des »0,0« Diffraktionslichtes mittels folgender Gleichung gegeben:

/(Ο,Ο)=|1+ν(6χρ[/·0]- I)I² (2)

wobei Θ die Phasendifferenz des Lichts in Folge des Höhenunterschieds zwischen den Vorsprüngen und Vertiefungen und y das Verhältnis der Gesamtfläche der Vorspriinge einer einzigen Mustereinheit zur Gesamtfläche der Mustereinheitei« iJarstellt.

Im Gegensatz dazu wird die Intensität eines hochgradig gebeugten Lichtes mittels folgender Gleichung ausgedrückt:

ΌΘ] -1) j\ P(x · y) exp [-2 nj] (Jx ■ χ + Jy ■ y) dx ■ Uy \²

Der Integrationsausdruck in Gleichung (3) ist der Bereich einer Mustereinheit.

Wie man aus Gleichung (2) ersieht, hängt die Intensität des »0,0« Diffraktionslichtes von θ und y ab. Im Gegensatz dazu hängt, wie man aus Gleichung (3) sieht, die Intensität des größeren Diffraktionslichtes hauptsächlich von PU · y) ab, d. h., der Anordnung des Phasengitters selbst, wobei sie ebenfalls von θ abhängt.

ίο Aufgrund dieser Untersuchung wurde erfindungsgemäß vorgeschlagen jede Mustereinheit mit mehreren zylindrischen Vorsprüngen oder Vertiefungen oder eine Anzahl von Gruppen von ringförmigen konzentrischen Vorsprüngen und Vertiefungen in der oben beschriebenen Weise auszubilden.

Unterdessen könnte mit einer bekannten Fokussierplatte, auf der Mustereinheiten mit einem zylindrischen Vorsprung regelmäßig in einer regelmäßigen quadratischen Anordnung vorgesehen sind, eine Beobachtung

möglich sein, daß n² Mustereinheiten eine Mustereinheit gemäß der Erfindung darstellen (n ist eine ganze Zahl, nicht kleiner als 2). Eine derartige Beobachtung ist jedoch fehlerhaft, da die Diffraktionseigenschaften auf der Grundlage tie» iTiinimaicn Abstandcs der wiederholten M»stereinheiten bestimmt wird. Somit bedeutet eine Mustereinheit ein Muster entsprechend dem minimalen Abstand. Die Größe derartiger Mustereinheiten sollte geringer als das Auflösungsvermögen des menschlichen Auges sein, wenn sie durch ein Okular vergrößert werden. Die maximal erlaubte Größe derartiger Mustereinheiten sollte ungefähr 30μπι bei einer einäugigen Reflexkamera für Standbilder und 10 und einige μΐη bei einer Laufbildkamera betragen.
Im folgenden sollen die erfindungsgemäßen Ausfuhrungsformen beschrieben werden.
In F i g. 2 ist ein schematisches Explosionsdiagramm des optischen Systems des Suchers einer Kamera dargestellt, in dem eine Kameralinse 1, die als eine Linse eines optischen Fokussiersystems ausgebildet ist, eine mit einer Kondensorlinse 3 verbundenen Fokussierplatte 2 und ein Okular 4 vorgesehen sind.

Die F i g. 3 und 4 stellen ein Paar von Mustereinheiten dar, von -Jenen jedes in der Lage ist, eine erfindungsgemäße Fokussierplatte auszubilden, wenn sie wiederholt in einer regelmäßigen quadratischen Anordnung angeordnet sind. Die mit diesen Mustereinheiten ausgebildeten Fokussierplatten schaffen defokussierte Bilder mit vier Symmetrieachsen.

Die in F i g. 3 gezeigte Mustereinheit ist regelmäßig quadratisch und mit einem zylindrischen Vorsprung 5a in ihrer Mitte, vier zylindrischen Vorsprüngen 5b längs ihrer Diagonalen und vier zylindrischen Vorsprüngen 5c an den Mittelpunkten zwischen jedem Paar der Vorsprünge Sb ausgebildet. Die Oberflächen dieser Vorsprünge 5a, 56 und 5c sind flach und fluchten miteinander. Die verbleibende Fläche der Mustereinheit kann als eine Vertiefung betrachtet werden. Durch Normierung des Abstandes d der Mustereinheit auf 1, sind die Koordinaten der Mittelpunkte der Vorsprünge und die Radien der Vorsprünge wie folgt:

40 50

	Koordinaten	Radien
5a	(0,0)	0,21
56	(0,28, 0,28) (-0,28, 0,28) (-0,28, -0,28) (0,28, -0,28)	0,133 0,133 0,133 0,133
5c	(0, 0,333) (0, -0,333) (0,333, 0)	0,05 0,05 0,05
5c	(-0.333. 0)	0.05

Somit ist das Verhältnis y der Räche aller Vorsprunge 5a, Sb und 5c zur Gesamtfläche der Mustereinheit 0,393.

In F i g. 7 sind zwei Basisgittervektoren a und b dargestellt, die mit den Verbindungslinien zwischen den Mittelpunkten der wiederholt in einem regelmäßigen Quadrat angeordneten benachbarten Mustereinheiten ausgerichtet sind. Die Anordnung der Vorsprünge 5a, 56 und 5c ist in bezug auf den Mittelpunkt auf die Mustereinheit symmetrisch und hat ein Paar Symmetrieachsen, die mit den Basisvektoren α und b ausgerichtet sind und weist ein weiteres Paar Symmetrieachsen unter 45° zu den Basisgittervektoren a und b geneigt auf, die mit den Diagonalen der Mustereinheiten ausgerichtet sind.

Andererseits ist die in F i g. 4 gezeigte Mustereinheit mit einem zylindrischen Vorsprung 6a in der Mitte und vier zylindrischen Vertiefungen 6b auf dem Vorsprung 6a ausgebildet Die Bodenflächen dieser Vertiefungen fluchten mit der verbleibenden äußeren Fläche der Mustereinheit, die ebenfalls als eine Vertiefung angesehen werden kann. Durch Normierung des Abstandes d der Mustereinheit auf i, sind die Koordinaten der Mittelpunkte des Vorsprungs 6a und der Vertiefungen 6b und die Radien des Vorsprungs 6a und der Vertiefungen 6b wie folgt:

	3132 782	Radien
	Koordinaten	0,417
6a	(0,0)	ο,ι ο,ι
6b	/(0,25, 0) 1(0, 0,25)	ο,ι ο,ι
6b	(-0,25, 0) (0, -0,25)

Somit wird das Verhältnis γ der Fläche des Vorsprungs 6a (vermindert um die Flächen der Vertiefungen 6b) zu ;.;

der Gesamtfläche der Mustereinheit 0,421. Die Anordnung des Vorsprungs 6a und der Vertiefungen 6b ist in Ij

bezug auf den Mittelpunkt der Mustereinheit symmetrisch und hat ein Paar Symmetrieachsen, die mit den %

Basisgittervektoren α und b ausgerichtet sind, und weist weiter ein Paar Symmetrieachsen senkrecht zu den is 4

Basisgittervektoren α und b auf ,die mit den Diagonalen der Mustereinheit ausgerichtet sind, wie dies bei der in |

Fig. 3 gezeigter! Mustereinheit der FaH ist. |j

Die folgende Platte mit den in F i g. 3 oder 4 gezeigten Mustereinheiten besteht aus einer transparenten Acryl- T-,

harzplatte mit einem Brechungsvermögen η = 1,49 und einer Höhendifferenz h zwischen dem Vorsprung bzw. |;

den Vorsprüngen und der Vertiefung bzw. den Vertiefungen von 0,5μπι, so daß sich eine Überhöhung zur Pha- 20 ']

sendifferenz θ = η für ein Licht mit einer Wellenlänge von λ = 0,51 μΐη ergibt. Es soll daraufhingewiesen werden, / daß diese Bedingungen für jedes der im folgenden beschriebenen Beispiele gemeinsam sind.

Fig. 5 und 6 stellt ein Paar Mustereinheiten dar, von denen jede für die Ausbildung einer Fokussierplatte

gemäß der Erfindung geeignet ist, wenn sie wiederholt in einer regelmäßigen dreieckigen Anordnung angeord- \]

net sind. Fokussierplatten mit diesen Mustereinheiten schaffen defokussierte Bilder mit sechs Symmetrieach- 25 ;,·'

sen. ■;

Die in Fig. 5 dargestellte Mustereinheit ist hexagonal und mit einem zylindrischen Vorsprung Ta in ihrer §

Mitte und mit sechs zylindrischen Vorsprüngen Tb längs ihrer Diagonalen ausgebildet. Durch Normierung des |j

Al Jtandes d der Mustereinheit auf 1, sind die Koordinaten der Mittelpunkte der Vorsprünge Ta und Tb und die |

Radien der Vorsprünge wie folgt: 30 J

1 35 1

40 ?]

F-

45 i.|

Somit ist das Verhältnis γ der Gesamtfläche der Vorsprünge Ta und Tb zur Gesamtfläche der Mustereinheit ι

0,458. fj

F i g. 8 zeigt zwei Basisgittervektoren c und d und einen Vektor e, dem man durch Verbinden der Bastsgitter- %

vektoren c und d erhält (d. h., —c, +d). Die Basisgittervektoren c und d und der Vektor e sind mit den Verbin- |

dungslinien zwischen den Mittelpunkten der wiederholt in einer regelmäßigen dreieckigen Anordnung ange- 50 | ordneten Mustereinheiten ausgerichtet Die in F i g. 5 dargestellte Mustereinheit hat drei Symmetrieachsen, die
mit den Basisgittervektoren c und d und dem Vektor e ausgerichtet sind, und drei Symmetrieachsen, die gegen
die Basisgittervektoren c und d und den Vektor e um 30° geneigt sind und mit den Diagonalen der Mustereinheit
ausgerichtet sind.

Die in F i g. 6 dargestellte Mustereinheit hat andererseits einen zylindrischen Vorsprung 8a in ihrer Mitte und 55
drei Vertiefungen Sb auf dem Vorsprung 8a. Die Bodenflächen der Vertiefungen 86 fluchten mit der verbleibenden äußeren Räche der Mustereinheit, die ebenfalls als Vertiefung angesehen werden kann. Mittels Normierung des Abstandes d der Mustereinheit auf 1 sind die Koordinaten der Mittelpunkte des Vorsprungs 8e und der
Vertiefungen 86 und die Radien des Vorsprungs und der Vertiefungen wie folgt:

60

	Koordinaten	Radien
Ta	(0,0)	0,2
	(0,4 cos 30°, 0,2)	0,12
	(0, 0,4)	0,12
"JJi	(-0,4 cos 30°, 0,2)	0,12
IO	(-0,4 cos 30°, -0,2)	0,12
	(0, -0,4)	0,12
	(0,4 cos 30°, -0,2)	0,2

Koordinaten Radien

(0,0) 0,44

f(0,0,257) 0,14

(U) \ (0,223, -0,128) 0,14

[(-0,223,-0,128) 0,14

	Koordinaten	Radien
Tb	(0,3 cos 30°, 0,15)	0,12
	(0, 0,3)	0.12
	(-0,3 cos 30°, 0,15)	0,12
	(-0,3 cos 30°, 0,15)	0,12
	(0, -0,3)	0,12
	(0,3 cos 30°, -0,15)	0,12

Somit ist das Verhältnis γ der Fläche des Vorsprungs 8a (vermindert um die Flächen der Vertiefungen 8f>) zur Gesamtfläche der Mustereinheit 0,489.

Die Mustereinheit hat eine Gruppe von drei Symmetrieachsen, die mit den Basisgittervektoren c und d und dem Vektor e ausgerichtet sind und besitzt weiter eine Gruppe von drei Symmetrieachsen, die gegen die Basiss vektoren c und d und dem Vektor e um 30° geneigt und mit den drei Diagonalen der Mustereinheit ausgerichtet sind, die einen Winkel von 120° miteinander bilden.

F i g. 9 stellt ein weiteres Beispiel einer gegen die in F i g. 5 gezeigte Mustereinheit abgeänderte Mustereinheit dar. Die in F i g. 9 gezeigte Mustereinheit unterscheidet sich von der in F i g. 5 gezeigten darin, daß sie nicht mit einem mittleren Vorsprung Ta ausgebildet ist, und darin, daß die Vorsprünge näher zum Mittelpunkt der Mustereinheit angeordnet sind. Mittels Normierung des Abstandes d der Mustereinheit auf 1, sind die Koordinaten der Mittelpunkte der Vorsprünge Ib und die Radien der Vorsprünge wie folgt:

Somit beträgt das Verhältnis γ der Gesamtfläche der Vorsprünge Tb zur Gesamtfläche der Mustereinheit 0,325. Diese Mustereinheit besitzt insgesamt wie die in F i g. 5 und 6 gezeigten Mustereinheiten sechs Symmetrieachsen. Es wurden einige Beispiele der Mustereinheiten beschrieben, die zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Fokussierplatte geeignet sind. Um die Tatsachen zu beweisen, daß die Veränderung der relativen Anordnung der Vorsprünge und/oder der Vertiefungen der Mustereinheit mit gleichen Abmessungen eine Veränderung der Diffraktionseigenschaften bewirkt, wird ein Beispiel der in F i g. 9 gezeigten Mustereinheit so verändert, daß die Stellen der Vorsprünge Tb radial um 10% des Abstandes d nach außen versetzt werden, wie dies in F i g. 10 dargestellt ist. Mit der in F i g. 10 dargestellten Mustereinheit verbleibt das Verhältnis y, verglichen zu der Mustereinheit von F i g. 9, unverändert, jedoch ändern sich die Koordinaten der Mittelpunkte der Vorsprünge Tb wie folgt:

Die Diffraktionseigenschaften der in Fig. 9 und 10 gezeigten Mustereinheiten sind in Fig. 11 bzw. Fig. 12 dargestellt, in denen die Kreise die Verteilung der verschiedenen Diffraktionslichtabmessungen darstellen und die Größe der Kreise der Intensitäten der entsprechenden Diffraktionslichtstrahlen darstellen. Ein Vergleich dieser Figuren zeigt, daß die Diffraktionsstärke des Lichtes (d. h., die Verteilung der Intensität des Diffraktionslichtes) in der Nähe der Mitte von F i g. 11 liegt, während sie in F i g. 12 von der Mitte beabstandet ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Diffraktionseigenschaften durch Änderung des Abstandes zwischen der Mitte und der Vorsprünge und/oder Vertiefungen der Mustereinheit zu verändern, wobei das Verhältnis y und die Phasendifferenz θ unverändert bleiben. Mit anderen Worten heißt das, daß ein größerer Freiheitsgrad bei der Bestimmung der Diffraktionseigenschaften einer zweistufigen Phasengitterfokussierplatte möglich ist. Dieses Merkmal wird mit der bekannten Fokussierplatte, bei der Mustereinheiten jeweils nur einen zylindrischen Vorsprung oder eine Vertiefung in ihrer Mitte aufweisen, nicht erreicht.

Fig. 13 stellt die Diffraktionseigenschaften der Mustereinheit von Fig. 5 dar, während Fig. 14 die Diffraktionseigenschaften der gleichen Mustereinheit darstellt, die jedoch fehlerhaft hergestellt wurde, so daß die Radien der Vorsprünge Ta und Tb um 1,5% des Abstandes d vermindert sind. Ein Vergleich dieser Figuren zeigt, daß keine bemerkbaren Änderungen in der Intensität des von dem »0,0«-ten Diffraktionslichtes unterschiedlichen Diffraktionslichtes auftreten. Der Grund dafür liegt darin, daß die Diffraktionseigenschaften mehr von den Abständen zwischen den Mittelpunkten der Mustereinheit und den Vorsprüngen Ta und Tb als von den Radien der Vorsprünge Ta und Tb abhängen, d. h., dem Verhältnis y. Es soll daraufhingewiesen werden, daß es schwierig ist, die Vorsprünge und/oder Vertiefungen mit korrekten und genauen Radien bei der tatsächlichen Herstellung oder Bearbeitung herzustellen. Bei der S/findungsgemäßen Fokussierplatte kann jedoch die Veränderung der Diffraktionseigenschaften in Folge fehlerhafter Radien der Vorsprünge und/oder Vertiefungen mittels der Anordnung der Vorsprünge und/oder Vertiefungen unterdrückt werden, so daß die Herstellung oder Bearbeitung vereinfacht wird.

	Koordinaten	Radien
Tb	(0,4 cos 30°, 0,2)	0,12
	(0, 0,4)	0,12
	(-0,4 cos 30°, 0,2)	0,12
	(-0,3 cos 30°, -0,2)	0,12
	(0, -0,4)	0,12
	(0,4 cos 30°, 0,2)	0,12

F i g.) S bis 17 weisen dieses Merkmal im Vergleich zu einer bekannten Fokussierplatte auf. Insbesondere stellt Fig. 15 eine Mustereinheit einer bekannten Fokussierplatte dar, die eine Gruppe alternativ angeordneter konzentrischer, ringförmiger Vorsprünge und Vertiefungen in ihrer ivl itte aufweist. Wenn die Radien der Vorsprünge und Vertiefungen durch y_u y₂, y₃, y₄ und y₅, wie gezeigt, dargestellt werden, dann ergeben sich für die Werte y,, Ϊ2, Vz, Y* und y₅ durch Normierung des Abstandes d auf 1 folgende Werte:

y, = 0,075, y₂ = 0,125, y₃ = 0,175, y₄ = 0,25, y₅ = 0,4.

Es soll darauf hingewiesen werden, daß die Fläche innerhalb y ι, die Fläche zwischen y ₂ und y ₃ und die Fläche zwischen y₄ und y₅ Vorsprünge sind, während die Fläche zwischen y, und y₂ und die zwischen y₃ und y₄ Vertiefungen darstellen.

Fig. 16 zeigt die Diffraktionseigenschaften der in Fig. 15 gezeigten Mustereinheit, während Fig. 17 die Diffraktionseigenschaften der gleichen Mustereinheit zeigen, die jedoch fehlerhaft so produziert wurde, daß die Vorsprünge radial innerhalb und außerhalb um 1,5% des Abstandes d liegen, d. h., y_u y₃ und y₅ werden um 1,5% von d vermindert, während y₂ und y₄ um 1,5% von d erhöht werden. Ein Vergleich dieser Figuren zeigt, daß die Intensitäten des Diffraktionslichtes höherer Ordnung oder größerer Abmessung (einschl. der Ersten) einer beträchtlichen Veränderung unterliegen, welche zu einer beträchtlichen Veränderung der Diffraktionseigenschaften führt. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Diffraktionseigenschaften in hohem Maße von dem Verhältnis y .Ahängen, d. h., der Kombination der Radien der ringförmigen, konzentrischen Vorsprünge und der Vertiefungen, da die Mustereinheit nur mit einer Gruppe ringförmiger, konzentrischer Vorsprünge und Vertiefungen ausgebildet ist. Somit wird es schwierig Fokussierplatten mit diesen Mustereinheiten herzustellen.

Obwohl die obigen Beispiele von Mustereinheiten gemäß der Erfindung eine Mehrzahl von zylindrischer Vorsprünge und/oder Vertiefungen aufweisen, ist es möglich, eine Fokussierplatte gemäß der Erfindung mit einer Mustereinheit zu schaffen, die jeweils mit mehreren Gruppen von ringfömigen, konzentrischen Vorsprüngen und ^vertiefungen ausgebildet ist, wie dies in F i g. 15 dargestellt ist. Insbesondere ist es möglich, beispielsweise die in F i g. 3 dargestellten Vorspi ünge 5a, Sb und 5c oder die in F i g. 5 dargestellten Vorsprünge Ta und Tb durch mehrere Gruppen ringförmiger, konzentrischer Vorsprünge, wie in Fig. 15 dargestellt, zu ersetzen.

Fig. 18 zeigt eine Fokussierplatte mit Mustereinheit, die regelmäßig in einer regelmäßig quadratischen Anordnung angeordnet sind, und die jeweils keine Symmetrieachse aufweisen. Jede der in F i g. 18 dargestellte Mustereinheit weist Vorsprünge 10a, 1OA und 10c und eine Vertiefung 1Od auf. Die Diffraktionseigenschaften der Mustereinheit ist nur mit einer Symmetrieachse beschaffen, wodurch es nicht möglich ist, natürlich abgestuft defokussierte Bilder zu erhalten. Im Gegensatz dazu haben die Diffraktionscharakteristiken der in den F i g. 3 und 4 gezeigten Mustereinheiten vier Symmetrieachsen und die Diffraktionscharakteristiken der Mustereinheiten von Fig. 5, 6 und 9 sechs Symmetrieachsen, wodurch natürlich abgestufte defokussierte Bilder geschaffen werden.

Vorzugsweise haben die erfindungsgemäßen Fokussierplatten, die besonders für den praktischen Gebrauch geeignet sind, ein Verhältnis y der Mustereinheiten, das folgende Ungleichung erfüllen soll -0,25 S y < 0,5, wobei die Phasendifferenz Θ für ein Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von 0,46μΐη bis 0,62μπι betragen soll. Das heißt, um das Fokussieren zu erleichtem, sollte das Verhältnis Io der Intensität des »0«-ten Dimensionsdiffraktionslichtes zu der Gesamtintensität des gesamten Diffraktionslichtes vorzugsweise geringer als 50% sein. Io kann ausgedrückt werden durch:

Io = 1 +2y(l -y)(cosö- 1). (4)

Wenn Gleichung 4 durch Io S 0,5 ersetzt wird, erhält man die folgende Ungleichung:

cos0<l- (5)

4y(l-y)

Ungleichung 5 zeigt die Bedingungen des Verhältnisses y und die Phasendifferenz θ für die praktische Erleichterung des Fokussierens, wobei 0,25 ^ y < 0,5 und θ = η diese Ungleichung für alle Lichtarten erfüllen, die eine Wellenlänge im Bereich von 0,46μΐη bis 0,64μΐη aufweisen. Beispielsweise führt das Einsetzen von 0,25 S y < 0,5 in die Ungleichung 5 für Θ = π für ein Licht mit einer Wellenlänge λ = 0,46 zu:

0% < Io λ = 0,4όμΐη < 25%.

In diesem Fall wird θ 0,69 π für ein Licht mit einer Wellenlänge λ = 0,64μΐη, und das Einsetzen von 0,25 S y < 0,5 in die Ungleichung 5 führt zu:

22% < Io λ = 0.64μπι < 41%.

Andererseits führt ein Einsetzen von 0,25 ^ y < 0,5 in die Ungleichung 5 für den Fall θ = π für ein Licht mit einer Wellenlänge von λ = 0,64μπι zu:

0% < Io λ = 0,64_μπι < 25%.

In diesem Fall wird 0 1.39 π für ein Licht mit einer Wellenlänge λ = 0,46μΐη und ein Einsetzen von 0,25 < y < 0,5 in die Ungleichung 5 führt zu:

33% < Io λ = 0,46μΐη < 49,8%.

τ

Bei den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfaßt die Fokus- > J?

sierplatte eine transparente Platte der Iransmissionsart. Es ist jedoch für den Fachmann offensichtlich, daB die Srjj

vorliegende Erfindung ebenfalls für reflektierende zweistufige Phasengitter-Fokussierplatten verwendet werden ||

kann, bei denen das Licht von einer Mustereinheit auf der Oberfläche reflektiert wird. ||

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen ||

10

Claims

Patentansprüche:

1. Zweistufige Phasengitter-Fokussierplatte mit einer auf einer Oberfläche ausgebildeten Anzahl regelmäßig angeordneter Mustereinheiten, von denen jede Vorspränge und Vertiefungen mit ebenen oberen und unteren Flächen umfaßt, und die einen gleichen Höhenunterschied relativ zur Fläche der Fokussierplatte aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Mustereinheiten mehrere zylindrische Vorsprünge und/oder Vertiefungen (5a, Sb, 5c; 6a, 66; Ta, 76; 8a, 86; 76) oder mehrere Gruppen alternativ angeordneter ringförmiger konzentrischer Vorspränge und Vertiefungen in einer beabstandeten und symmetrischen Anordnung aufweist.

2. Zweistufige Phasengitter-Fokussierplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis y der Summe der Vorsprungs- oder Vertiefungsflächen zu der Gesamtfläche jeder Mustereinheit der Ungleichung 0,25 <y<0,5 genügt, und daß die Phasendifferenz θ des Lichts in Folge des Höhenunterschiedes für ein Licht mit einer Wellenlänge von 0,46μΐη bis 0,64^m π beträgt

3. Zweistufige Phasengitter-Fokussierplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mustereinheiten in an sich bekannter Weise in einer regelmäßigen, quadratischen Anordnung angeordnet sind, und daß die Anordnung der zylindrischen Vorsprünge und/oder Vertiefungen oder der Gruppen der ringförmigen konzentrischen Vorsprünge und Vertiefungen in bezug auf den Mittelpunkt der Musteieinheit symmetrisch ist und ein Paar symmetrischer, mit den durch die regelmäßige, quadratische Anordnung der Mustertfnheit bestimmten Basisgittervektoren (a, b) ausgerichteter Achsen aufweist

4. Zweistufige Phasengitter-Fokussierplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der zylindrischen Vorsprünge und/oder Vertiefungen oder der Gruppen der ringförmigen, konzentrischen Vorsprünge und Vertiefungen ein weiteres Paar symmetrischer, unter 45° zu den Basisgittervektoren (α, b) geneigter, mit den entsprechenden Diagonalen der Mustereinheit ausgerichteter Achsen aufweist.

5. Zweistufige Phasengitter-Fokussierplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mustereinheiten in an sich Bekannter Weise in einer regelmäßigen, dreieckigen Anordnung angeordnet sind, und daß die Anordnung der zylindrischen Vorsprünge und/oder Vertiefungen oder der Gruppen der ringförmigen konzentrischen Verspränge und Vertiefungen eine Gruppe von drei Symmetrieachsen aufweisen, von denen zwei mit den durch die regelmäßige dreieckige Anordnung der Mustereinheiten bestimmten Basisgittervektoren (c, d) und die verbleibende, mit dem durch Verbinden derBcsisgittervektoren erhaltenen Vektor (e) ausgerichtet sind.

6. Zweistufige Püasengfcuer-Fokussierplatte nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der zylindrischen Vorspränge und/oder Vertiefungen oder die Gruppe der ringförmigen Vorspränge und Vertiefungen eine weite t; Gruppe von drei in einem Winkel von 30° gegen die Vektoren (c, d, e) geneigten Symmetrieachsen aufweisen.