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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Beugungsgitter' und betrifft insbesondere
ein holographisches Gitter für einen Hologrammscanner bzw. -abtaster und darüber
hinaus ein durchlässiges Oberflächenrelief-Beugungsgitter.
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Ein durchlässiges Oberflächenrelief-Beugungsgitter ist üblicherweise
als ein Lichtstrahl ablenkendes Element eines holographischen Scanners in einem
Laserdrucker verwendet worden. Ein solcher holographischer Scanner weist üblicherweise
eine vielfacettierte Scheibe auf, welche drehbar gehaltert ist und welche eine Anzahl
holographisch erzeugter Oberflächenrelief-Beugungsgitter aufweist, die in einem
Kreis und in Abständen voneinander angeordnet sind. Wenn die Scheibe angetrieben
wird und sich dreht, laufen die Beugungsgitter nacheinander an einem Bildinformation
enthaltenden Lichtstrahl vorbei, so daß der Lichtstrahl periodisch über einen vorbestimmten
Winkel abgelenkt wird, so daß der Lichtstrahl auf einer Abbildungsebene abgetastet
wird. In diesem Fall wird zur Lichtstrahlabtastung ein gebeugter Lichtstrahl von
jedem der Beugungsgitter verwendet. Jedoch ist das durchlässige Oberflächenrelief-Beugungsgitter
noch nicht vollständig untersucht, insbesondere im Hinblick auf seinen Beugungswirkungsgrad,und
somit ist sogar der experimentell erreichbare Beugungswirkungsgrad zur Zeit 30%
oder niedriger. Ein Beugungswirkungsgrad von 34% ist theoretisch geplant worden,
aber bei dieser Untersuchung ist die Theorie eines ebenen Gitters angewendet worden,
bei welcher das Oberflächenrelief-Beugungsgitter als ein ebenes Gitter betrachtet
wird, so daß diese Untersuchung für nicht gut begründet gehalten wird.
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Gemäß der Erfindung soll daher ein durchlässiges Oberflächenrelief-Beugungsgitter
mit einem höheren Beugungswirkungsgrad geschaffen werden, welcher vorzugsweise bei
60% oder mehr
liegt. Ferner soll gemäß der Erfindung ein Oberflächenrelief-Beugungsgitter
geschaffen werden, das in einem holographischen Scanner oder Abtaster verwendbar
ist. Gemäß der Erfindung ist dies bei einem Beugungsgitter nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 im Querschnitt eine schematische Darstellung eines holographischen Beugungsgitters
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Darstellung
zur Erläuterung der Beugung von Licht, welches auf das Beugungsgitter der Fig. 1
auffällt, Fig. 3 bis 7 Kurvendarstellungen, welche jeweils den Beugungswirkungsgrad
von Beugungslicht erster Ordnung wiedergeben, welches von einem Gitter durchgelassen
worden ist,das eine sinusförmige Form hat und n0 = 1,66 aufweist, wobei Fig. 3 bis
6 für h/d = 0,5, ,0, 1,5 bzw. 2,0 gelten, und Fig. 7 für /d = 1,414 und e = 450
gilt, Fig. 8 eine Kurvendarstellung, in welcher Bereiche von und h/d dargestellt
sind, in welchen der Beugungswirkungsgrad 60° oder mehr ist,und Fig. 9 eine schematische
Darstellung eines Systems zum Herstellen eines durchlässigen Oberflächenrelief-Beugungsgitters
gemäß der Erfindung.
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In Fig. 1 ist schematisch im Querschnitt ein durchlässiges
Oberflächenrelief-Beugungsgitter
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Wie dargestellt, weist das
Beugungsgitter eine transparente Glasplatte 1 und ein lichtdurchlassendes Kunstharz
2 auf der Platte 1 auf. Das Kunstharz 2 ist so ausgebildet, daß seine Dicke sich
periodisch in einer vorbestimmten Richtung ändert und folglich wirkt das Kunstharz
2 als Brechungsgitter. Ein derartiges Brechungsgitter wird normalerweise als ein
durchlässiges Oberflächenreliefugungsgitter bezeichnet. Das hierzu behandelnde Beugungsgitter
ist bezüglich der vertikalen Mittellinie zumindest annähernd symmetrisch.
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In Fig. 2 ist schematisch dargestellt, was passiert, wenn Licht auf
das Beugungsgitter der Fig. 1 auftrifft. In Fig. 2 ist mit d der Gitterabstand,
mit h die Gittertiefe bzw.
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-höhe, mit G der Einfallwinkellmit Adie Wellenlänge, mit ein Beugungswinkel
von Licht 0-ter Ordnung und mit 6, ein Beugungswinkel von Beugungslicht erster Ordnung
bezeichnet.
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Das Licht, welches auf das Beugungsgitter 2 in der Richtung A mit
einer Lichtmenge Pi auftrifft, wird durch das Beugungsgitter 2 in der Richtung C
gebeugt. Dieses gebeugte Licht wird durchgelassenes Beugungslicht erster Ordnung
genannt, und seine Lichtmenge ist mit P1 bezeichnet. Unter dieser Voraussetzung
kann die Beugungsgleichung mit dem Beugungswinkel von durchgelassenem Beugungslicht
m-ter Ordnung, welcher Beugungswinkel mit zum und die Beugungszahl mit m bezeichnet
ist, folgendermaßen ausgedrückt werden: sin e = mA/d + eosin Xm In Fig. 3 bis 6
ist jeweils der Beugungswirkungsgrad von durchgelassenem Beugungslicht erster Ordnung
für ein Beugungsgitter mit einer sinusförmigen Form und mit n0 = 1,66 dargestellt.
In jeder dieser Kurven gibt die ausgezogene Linie den Fall für ein TE-Polarisationslicht
wieder, welches ein lineares Polarisationslicht parallel zu den Rillen des Gitters
ist, und die gestrichelte Linie gibt den Fall für TM-Polari-
sationslicht
wieder, welches ein lineares Polarisationslicht senkrecht zu den Rillen des Gitters
ist. Bekanntlich entspricht der Einfallwinkel e dem sogenannten Braggschen Einfallswinkel,
welcher der Beziehung zu e = sin (/2d) genügt.
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In Fig. 7 ist eine Kurve dargestellt, welche den Brechungswirkungsgrad
von durchgelassenem Beugungslicht erster Ordnung als Funktion eines Beugungstiefeverhältnisses
h/d für den Fall von TE-Polarisationslicht wiedergibt, welches auf ein Beugungsgitter
mit >/d = 1,414 und # G = 450 auftrifft. In der Kurvendarstellung der Fig. 7
ist der Beugungswirkungsgrad mit dem Brechungsindex n0 eines Gittermaterials als
Parameter aufgetragen.
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Aus den in Fig. 3 bis 7 wiedergegebenen Kurvendarstellungen können
die Bedingungen, bei welchen der Beugungswirkungsgrad von durchgelassenem Beugungslicht
erster Ordnung 60% oder mehr ist, folgendermaßen festgesetzt werden.
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(1) Für lineares Polarisationslicht, das parallel zu den Rillen des
Gitters verläuft: 0,5 < t/d < 2,0 1,0 < h/d < 2,75 (2) Für lineares
Polarisationslicht, das senkrecht auf die Rillen des Gitters auftrifft: 0,5 <=
/d < 1,4 1,0 # h/d < 2,5.
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In Fig. 8 ist eine Kurve dargestellt, auf deren Ordinate h/d und auf
deren Abszisse >/d aufgetragen ist. In der Kurve der Fig. 8 sind Bereiche von
/d und h/d dargestellt, in welchen der Beugungswirkungsgrad 60% oder mehr ist.
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In Fig. 9 ist eine schematische Darstellung wiedergegeben, welche
ein System zum Herstellen eines durchlässigen Oberflächenrelief-Beugungsgitters
gemäß der Erfindung zeigt.
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Wie dargestellt, weist das System einen Laser 5 als Lichtquelle, eine
konvexe oder Kollimatorlinse 6, eine Kondensor-oder Objektivlinse 7, ein Nadelloch
8, eine konvexe oder Kollimatorlinse 9, ein Verteilungskorrekturfilter 10, einen
Strahlenteiler 11, sowie Spiegel 12 und 13 auf. Wenn Licht von dem Laser 5 abgegeben
wird, wird es durch die Linse 6 gebündelt, und das auf diese Weise gebündelte Licht
wird dann durch die Linse 7 auf das Loch 8 scharf eingestellt.
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Das Licht wird dann divergent, wenn es durch das Loch 8 hindurchgeht,
und dieses divergente Licht wird dann durch die Linse 9 wieder gebündet. Bekanntlich
hat das durch die Linse 9 gebündelte Licht eine Lichtintensitätsverteilung, welche
infolge der Filterwirkung des Loches 8 annähernd die Form einer Gaußschen Verteilung
hat. Das Verteilungskorrekturfilter 10 ist so ausgelegt, daß es eine Lichtdurchlässigkeit
mit der umgekehrten Gaußschen Verteilung besitzt. Wenn somit das gebündelte Licht
mit einer Lichtintensitätsverteilung in Form der Gaußschen Verteilungskurve durch
das Verteilungskorrekturfilter 10 hindurchgeht, wird ein gebündeltes Licht mit einer
gleichförmigen Verteilung erhalten. Dieses gebündelte Licht wird dann durch den
Strahlenteiler 11 in zwei Strahlenbündel aufgeteilt, und mit diesen beiden Strahlenbündeln
werden dann überlagernd der auf der Glasplatte 10 ausgebildete Photolack bestrahltJnachdem
sie von den entsprechenden reflektierenden Spiegel 12 und 13 reflektiert worden
sind.
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Folglich erzeugen die zwei Strahlen auf dem Photolack 2 eine Interferenz,
wodurch ein Muster aus abwechselnd dunklen und hellen Streifen gebildet wird, so
daß der Photolack entsprechend diesem abwechselnd aufgebrachten, dunklen und hellen
Streifenmuster sensibilisiert wird. Wenn dann ein positiver Photolack Verwendet
wird, werden, wenn nach einer Bestrahlung der Photolack entwickelt wird, die sensibilisier-
ten
Teile entfernt, wodurch sich dann Rillen annähernd in Form einer sinusförmigen Kurve
bilden, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Insbesondere wurde beispielsweise als Photolack
AZ1350 (hergestellt von der Shipley Co.) und als Lichtquelle 5 ein 80mW He-Cd-Laser
(mit einer Wellenlänge von 441,6nm) verwendet. Bei einer Belichtungsmenge von 60mJ/cm2
und einer Entwicklungsdauer von imin wurde ein Muster mit einer Mustertiefe h =
0,7 Mikron und einem Abstand d=0,45Mikron erhalten.
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Wenn das Licht von einem He-Ne-Laser auf das auf diese Weise hergestellte
Gitter unter einem Einfallswinkel von 450 auftriff wurden als Beugungswirkungsgrad
für durchgelassenes Beugungslicht erster Ordnung 90% erhalten.
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Das vorstehend beschriebene Gitter war beispielsweise sinusförmig.
Jedoch soll die Erfindung nicht hierauf beschränkt sein, sondern es können auch
verschiedene andere Formen angewendet werden, solange sie bezüglich einer vertikalen
Mittellinie zumindest annähernd symmetrisch sind.
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Ende der Beschreibung