DE4240747B4

DE4240747B4 - Verfahren zum Herstellen einer Originalvorlage für eine Streuscheibe

Info

Publication number: DE4240747B4
Application number: DE19924240747
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kuboya; Toshiharu Higashine Takahashi; Makoto Iki; Moriyasu Shirayanagi; Koichi Maruyama; Teruaki Hiyamuta; Takayuki Sensui
Original assignee: Pentax Corp
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1991-12-03
Filing date: 1992-12-03
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2012-12-04
Also published as: DE4240747A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Originalvorlage für eine Streuscheibe mit folgenden Verfahrensschritten:
– Belichten eines mit einem fotoempfindlichen Material beschichteten Substrats mit einem ersten Mikromuster, das aus einer zweidimensional periodisch sich wiederholenden Grundstruktur besteht, wobei die Grundstruktur aus einem einzigen optischen Element einheitlicher Form und Größe besteht,
– erneutes Belichten des fotoempfindlichen Materials mit einem zweiten, vom ersten Mikromuster unterschiedlichen Mikromuster, das aus einer zweidimensional periodisch sich wiederholenden Grundstruktur besteht, wobei die Grundstruktur aus einem einzigen optischen Element einheitlicher Form und Größe besteht, und
– Entwickeln des fotoempfindlichen Materials.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Originalvorlage, d. h. einer Formvorlage für eine Streuscheibe.

Unter anderem in bekannten Spiegelreflexkameras befindet sich ein Scharfeinstellschirm an einer Stelle, die optisch äquivalent zur Filmebene der Kamera angeordnet ist, so dass ein Fotograf ein Bild mit gewünschter Schärfe erstellen kann, indem er das Bild durch den Sucher beobachtet.

Es ist bekannt, einen Scharfeinstellschirm unter Verwendung einer Mattscheibe mit mikroskopischen Vorsprüngen und Vertiefungen, also einer unebenen Oberfläche, zu verwenden, um ein infolge der Streucharakteristik der Mattscheibe unscharf auf der Mattscheibe abgebildetes Bild zu beobachten.

In einem bekannten Verfahren zum Erstellen einer solchen Mattscheibe wird die äußere Oberfläche einer solchen Originalscheibe geschliffen oder sandgestrahlt, um darauf Mikroerhebungen und Mikrovertiefungen zu bilden, die dann auf ein optisches Element aus Acrylharz o.ä. übertragen bzw. kopiert werden.

Eine derart erstellte Originalstreuscheibe bzw. ein von einer solchen hergestellter Abdruck in Kunststoff weist Mikrovorsprünge und Mikrovertiefungen mit unregelmäßigen Formen auf, die eine Kombination von Mikroprismen mit spitzen Öffnungswinkeln bilden. Demzufolge wird ein Teil des von einem Aufnahmeobjektiv auf die Streuscheibe auftreffenden Lichtes am Scheitel spitzer Winkel gebrochen oder gebeugt. Entsprechend geht durch den Sucher viel Licht verloren, bevor es das Auge des Fotografen erreicht. Darüber hinaus wird bei abgeblendeter Blende die Körnigkeit der Streuscheibe sichtbar, was zu einer schlechten Bildqualität führt.

Um die zuvor erwähnten Nachteile zu beseitigen, ist es bekannt, durch Verwendung optischer Mittel, wie z. B. einem sogenannten Fotoresist-Abdeckverfahren anstelle von mechanischen Mitteln, wie z. B. Schleifen oder Sandstrahlen eine Streuscheibe mit einer unebenen Oberfläche zu erstellen, die ein regelmäßiges Mikromuster mit sanft verlaufenden Spitzen hat. Durch Kopieren dieser Originalstreuscheibe unter Verwendung eines galvanoplastischen Verfahrens wird eine Gußform hergestellt, so daß das regelmäßige Mikromuster, wie beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift 55-90931 sowie 57-148728 beschrieben auf ein optisches Element, wie z. B. eine Streuplatte übertragen werden kann.

Wie allgemein bekannt ist, ist das Streuvermögen durch die Fouriertransformierte der Übertragungsfunktion einer Streuscheibe festgelegt. Die Übertragungsfunktion f(x, y) einer üblichen Streuscheibe mit einem regelmäßigen, d. h. zweidimensionalperiodischen Muster ist gegeben durch:

wobei g(x, y) die Übertragungsfunktion einer Mikrostruktur wiedergibt, p = (p_x, p_y) sowie q = (q_x, q_y) die Vektoren des zweidimensionalen periodischen Gitters sind, δ die Diraksche δ-Funktion ist und ** die zweidimensionale Faltungsintegration bezeichnet.

Die Fouriertransformierte f(ω_x, ω_y) von f(x, y) ist durch die folgende diskrete Funktion gegeben:

wobei G = (ω_x, ω_y) die Fouriertransformierte der Funktion g = (x, y) darstellt und (a₁, b₁) sowie (a₁, b₂) den zweidimensionalen Gittervektoren des Streuvermögens entspricht.

Zwischen (p_x, p_y) und (q_x, q_y) besteht folgender Zusammenhang: D = a1b2 – a2b1 = (–pxqy – pyqx)–1 a1 = pyD, b1 = –pxD, a2 = –qyD, b2 = qxDω_x and ω_y sind gegeben durch: α = λω×, β = λωy, γ = (1 – α2 – β2)1/2 wobei (α, β, γ) die Richtungskosinusse der Streuung in Betrachtungsrichtung angeben und λ die Wellenlänge.

Daher verhalten sich konventionelle Streuscheiben mit einem regelmäßigen, zweidimensionalperiodischen Muster wie ein Beugungsgitter. Entsprechend ist ein diskontinuierliches Streuvermögen nicht vermeidbar. Das führt beim Betrachten nichtfokussierter Abbildungen zu einer achsenfernen Aberration (Astigmatismus), bei der Bilder mit Mehrfachlinien erscheinen. Da der Beugungswinkel in Abhängigkeit von der Wellenlänge variiert, ergibt sich bei geringem Abstand (d. h., Längen p und q des zweidimensionalen Gittervektors) und großem Beugungswinkel eine auffällige Farbunregelmäßigkeit der beobachteten Abbildung. Durch Vergrößerung des Abstandes ist es möglich, Mehrfachlinienabbildungen und Farbunregel mäßigkeiten zu vermeiden, jedoch bewirkt eine Vergrößerung des Abstandes das Sichtbarwerden einer periodischen Struktur der matten Oberfläche innerhalb des Gesichtsfeldes des Suchers, die das Bild behindert.

26 zeigt eine bekannte Streuplatte mit einem Muster von Mikrolinsen, die in maximaler Dichte angeordnet sind. Die Mikrolinsen sind beispielsweise in einem Abstand von 16 μm angeordnet. Jede Mikrolinse hat einen Durchmesser von 10 μm und eine Höhe von 1,6 μm.

Die 2 bis 10 zeigen Diagramme unterschiedlicher optischer Eigenschaften der in 26 gezeigten Streuscheibe.

Die 2 bis 4 zeigen Streueigenschaften bzw. Beugungsmuster bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm anhand von Darstellungen unfokussierter Abbildungen einer Punktlichtquelle. In den 2 bis 4 entsprechen die Durchmesser der kleinen Kreise bzw. Punkte g der Intensität der Lichtbeugung in Richtung der Durchmesser und die großen Kreise h stellen die F-Zahlen der auf die Streuscheibe auftreffenden Strahlenbündel dar, d. h. von der Seite des äußersten Kreises aus gesehen 2,0, 2,8, 4,0, 5,6 bzw. 8,0.

Die 5 bis 7 zeigen jeweils die in den Kreisen enthaltene Lichtmenge (auf der Ordinate des Graphen dargestellte eingekreiste Lichtstärke). Die Radien der Kreise stellen die Abszissenwerte des Graphen bei einer Wellenlänge von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm dar. Dem ist zu entnehmen, daß die gesamte durch die in 26 dargestellte Streuplatte durchgelassene Lichtmenge 1,0 ist.

Die 8 bis 10 zeigen die jeweilige Helligkeit unscharfer Abbildungen von Linienlichtquellen, d. h. Linienbeugungsmuster, wobei die Longitudinallinienlichtquelle durch Vollinien dargestellt ist und die Laterallinienlichtquelle durch unterbrochene Linien dargestellt ist, jeweils für eine Wellenlänge von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm. Die Abszissen stellen jeweils die Beugungsradien der Beugungsmuster dar, d. h. die Streuwinkel der Streuscheibe und die Ordinaten die relative Helligkeit des Lichtes bei Annahme einer maximalen Helligkeit von 1,0.

11 zeigt die Struktur einer anderen bekannten Streuscheibe mit quadratischer Mikrolinsenanordnung mit 10 μm Durchmesser und 1,6 μm Höhe in einem gleichmäßigen Abstand von 16 μm voneinander.

Die 12 bis 20 zeigen Diagramme unterschiedlicher optischer Eigenschaften der in 11 gezeigten Streuscheibe.

Die 12 bis 14 zeigen Streueigenschaften bzw. Beugungsmuster bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm und 650 nm anhand von Darstellungen unfokussierter Abbildungen einer Punktlichtquelle. In den 12 bis 14 entsprechen die Durchmesser der kleinen Kreise bzw. Punkte g der Intensität der Lichtbeugung in Richtung der Durchmesser und die großen Kreise h stellen die F-Zahlen der auf die Streuscheibe auftreffenden Strahlenbündel dar, d. h. von der Seite des äußersten Kreises aus gesehen 2,0, 2,8, 4,0, 5,6 bzw. 8,0.

Die 15 bis 17 zeigen jeweils die in den Kreisen enthaltene Lichtmenge, wobei diese eingekreiste Lichtstärke jeweils auf der Ordinate des Graphen dargestellt ist. Die Radien der Kreise stellen die Abszissenwerte des Graphen bei einer Wellenlänge von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm dar. Dem ist zu entnehmen, daß die gesamte durch die in 11 dargestellte Streuplatte durchgelassene Lichtmenge 1,0 ist.

Die 18 bis 20 zeigen die jeweilige Helligkeit unscharfer Abbildungen von Linienlichtquellen, d. h. Linienbeugungsmuster, wobei die Longitudinallinienlichtquelle durch Vollinien dargestellt ist und die Laterallinienlichtquelle durch unterbrochene Linien dargestellt ist, jeweils für eine Wellenlänge von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm, wobei die Abszissen die Beugungsradien der Beugungsmuster darstellen, d. h. die Streuwinkel der Streuscheibe, und wobei die Ordinaten die relative Helligkeit des Lichtes bei Annahme einer maximalen Helligkeit von 1,0 darstellen.

Wie aus den zuvor erläuterten Zeichnungen zu erkennen ist, haben bekannte zweidimensional periodische Streuscheiben eine diskontinuierliche Streueigenschaft, die stark von der Wellenlänge abhängt, was zu einer spürbaren Abbildungsfehlereigenschaft führt sowie zu Farbunregelmäßigkeiten.

Aus der JP 02-226 201 A ist eine Streuscheibe mit einem Mikromuster bekannt, das aus einer zweidimension periodisch sich wiederholenden Grundstruktur besteht. Diese Grundstruktur besteht wiederum aus mehreren optischen Elementen unterschiedlicher Größe.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer Originalvorlage anzugeben, mit der wiederum eine Streuscheibe gefertigt werden kann, die die Nachteile gesandeter oder periodischer Mattscheiben nicht aufweist und ein helleres Gesichtsfeld ermöglicht, ohne Abbildungsfehler mit Mehrlinienabbildungen oder Farbunregelmäßigkeiten hervorzurufen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Günstige Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung stellt ein günstiges Verfahren zur Herstellung von Ausgestaltungsformen einer Streuscheibe bereit.

Eine solche Streuscheibe ist mit einer Vielzahl von übergeordneten Grundstrukturen vorgesehen, wobei diese Grundstrukturen zweidimensional periodisch angeordnet sind und wobei der periodischen Anordnung der Grundstrukturen entsprechende Gittervektoren in Übereinstimmung mit den Mustern variieren.

Die Erfindung zielt auf ein Verfahren zum Erstellen einer Formvorlage für Ausgestaltungsformen einer Streuscheibe, also einer Originalstreuscheibe. Das Verfahren enthält die Schritte, ein Substrat mit einem fotoempfindlichen Material zu versehen, das eine Oberfläche des Substrates bedeckt, die sich gegenüber einer Maske mit Mikromuster in einem vorgegebenen Abstand befindet; Beleuchten der Maske von ihrer Rückseite mit Licht, wobei das Mikromuster auf das zu belichtende fotoempfindliche Material projiziert wird; und Entwickeln des fotoempfindlichen Materials, um die Mikrostruktur auf dem Substrat auszubilden, wobei das Substrat oder die Maske in vorgegebener Richtung innerhalb einer Ebene in mindestens zwei Winkelstellungen zwischen Maske und Substrat gedreht wird, so daß die Belichtung bei jeder der mindestens zwei relativen Winkelstellungen bewirkt wird, um eine gewünschte Mikrostruktur auf dem Substrat auszubilden.

Eine solche Originalscheibe dient zum Erstellen einer Kunststoffgußform, die zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Streuscheibe verwendet werden kann.

Die Übertragungsfunktion f(x, y) einer Streuscheibe ist folgendermaßen gegeben durch die Multiplikation der Übertragungsfunktionen f₁(x, y), f₂(x, y), f₃(x, y)... der Grundmuster, die die Streuscheibe bilden: f(x, y) = f1(x, y)·f2(x, Y)·f3(x, y)...

Entsprechend wird die Streueigenschaft der Streuscheibe, d. h. die Fouriertransformierte von f(x, y) durch folgende Gleichung gegeben: F(ωx, ωy) = F1(ωx, ωy)**F2(ωx, ωy)**F3(ωx, ωy)**... wobei F₁(ω_x, ω_y), F₂(ω_x, ω_y), F₃(ω_x, ω_y).. die Fouriertransformierten der Übertragungsfunktionen f₁(x, y), f₂(x, y), f₃(x, y)... der Grundmuster angeben.

Die Streueigenschaften der jeweiligen Grundmuster sind diskontinuierlich, die resultierende Streueigenschaft der Streuscheibe, die als Ergebnis der Faltungsintegration erhalten wird, hat eine höhere Dichte als die der Grundmuster. Das ist auf die Variation der zweidimensionalen Gittervektoren zurückzuführen. Als Ergebnis kann die Abbildungsfehlereigenschaft verbessert werden.

Die Diskontinuität kann durch die Faltungsintegration folgendermaßen verbessert werden:
Es sei angenommen, daß die Diskontinuität des Grundmusters A, wie in 21 gezeigt, durch sieben diskrete Spektren gegeben ist bzw., daß das Grundmuster B, wie in 22 gezeigt, durch sieben diskrete Spektren gegeben ist, die man durch Drehen des Grundmusters A um 90° erhält. Die resultierenden diskreten Spektren C der aus den Grundmustern A und B bestehenden Streuscheibe erhält man durch das Faltungsintegral der 21 und 22. 23 zeigt diese 49 (= 7 × 7) diskreten Spektren.

Es ist offensichtlich, daß die in den 21 und 22 gezeigte Diskontinuität des Streuvermögens durch die in 23 dargelegte Anordnung verbessert ist.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die zugeordneten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 in schematischer Darstellung eine Diffusionsplattenstruktur gemäß einer ersten Ausgestaltungsform der Erfindung, die durch Kombination der in den 24 und 25 gezeigten Anordnungen erhalten wird;
2, 3 und 4 nicht scharfeingestellte Abbildungen einer Punktlichtquelle auf einer in 26 gezeigten Streuscheibe bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm;
5, 6 und 7 jeweils die Verteilung von durch eine Streuscheibe nach 26 gestreutem Licht bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm, wobei die Abszissen die Radien der Kreise darstellen und die Ordinaten die in den Kreisen enthaltenen Lichtmengen darstellen;
8, 9 und 10 anhand von Diagrammen nicht scharfeingestellte Abbildungshelligkeit in vertikaler und horizontaler Richtung, die durch Integrieren der 5, 6 und 7 bei einer Wellenlänge von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm erhalten werden;
11 in schematischer Darstellung eine Struktur einer anderen bekannten Streuscheibe mit quadratisch angeordneten Mikrolinsen;
12, 13 und 14 als Diagramme jeweils eine nicht scharfeingestellte Punktlichtquelle auf einer in 11 gezeigten Streuplatte bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm;
15, 16 und 17 jeweils die Verteilung von durch eine Streuscheibe nach 11 gestreutem Licht bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm, wobei die Abszissen die Radien der Kreise darstellen und die Ordinaten die in den Kreisen enthaltenen Lichtmengen darstellen;
18, 19 und 20 anhand von Diagrammen nicht scharfeingestellte Abbildungshelligkeit in vertikaler und horizontaler Richtung, die durch Integrieren der 15, 16 und 17 bei einer Wellenlänge von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm erhalten werden;
21 ein schematisches Diagramm eines diskreten Streuvermögens;
22 in schematischer Darstellung das diskrete Streuvermögen, das man durch Drehen der Anordnung aus 21 um 90° erhält;
23 eine schematische Darstellung des resultierenden Streuvermögens, das man durch Faltung der in den 21 und 22 dargelegten Diffusionsvermögen erhält, um das Konzept der vorliegenden Erfindung zu erklären;
24 und 25 schematische Darstellungen zweier Grundmuster einer ersten Ausgestaltungsform der Erfindung;
26 die schematische Darstellung der Struktur einer bekannten Streuplatte, wobei Mikrolinsen mit höchstmöglicher Dichte angeordnet sind;
27, 28 und 29 nicht scharfeingestellte Abbildungen einer Punktlichtquelle auf einer in 1 gezeigten Streuscheibe bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm;
30, 31 und 32 jeweils die Verteilung von durch eine Streuscheibe nach 1 gestreutem Licht bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm, wobei die Abszissen die Radien der Kreise darstellen und die Ordinaten die in den Kreisen enthaltenen Lichtmengen darstellen;
33, 34 und 35 anhand von Diagrammen nicht scharfeingestellte Abbildungshelligkeit in vertikaler und horizontaler Richtung, die durch Integrieren der 30, 31 und 32 bei einer Wellenlänge von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm erhalten werden;
36 anhand eines Diagramms den Zusammenhang zwischen der F-Zahl eines auf eine 26 gezeigte Streuscheibe auftreffenden Strahlenbündels und den Richtungssinn des gestreuten Lichtes;
37 anhand eines Diagramms den Zusammenhang zwischen der F-Zahl eines auf eine in 1 gezeigte Streuscheibe nach der ersten Ausgestaltungsform der Erfindung auftreffenden Lichtbündels sowie den Ortierungssinn des gestreuten Lichtes;
38 und 39 in schematischer Darstellung zwei Grundmuster einer zweiten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung;
40 in schematischer Darstellung eine Diffusionsplattenstruktur gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform der Erfindung, die durch Kombination der in den 38 und 39 gezeigten Anordnungen erhalten wird;
41, 42 und 43 nicht scharfeingestellte Abbildungen einer Punktlichtquelle auf einer in 40 gezeigten Streuscheibe bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm;
44, 45 und 46 jeweils die Verteilung von durch eine Streuscheibe nach 40 gestreutem Licht bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm, wobei die Abszissen die Radien der Kreise darstellen und die Ordinaten die in den Kreisen enthaltenen Lichtmengen darstellen;
47, 48 und 49 anhand von Diagrammen nicht scharfeingestellte Abbildungshelligkeit in vertikaler und horizontaler Richtung, die durch Integrieren der 44, 45 und 46 bei einer Wellenlänge von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm erhalten werden;
50 und 51 schematische Darstellungen zweier Grundmuster einer dritten Ausgestaltungsform der Erfindung;
52 in schematischer Darstellung eine Diffusionsplattenstruktur gemäß einer dritten Ausgestaltungsform der Erfindung, die durch Kombination der in den 50 und 51 gezeigten Anordnungen erhalten wird;
53, 54 und 55 nicht scharfeingestellte Abbildungen einer Punktlichtquelle auf einer in 52 gezeigten Streuscheibe bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm;
56, 57 und 58 jeweils die Verteilung von durch eine Streuscheibe nach 52 gestreuten Lichtes bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm, wobei die Abszissen die Radien der Kreise darstellen und die Ordinaten die in den Kreisen enthaltenen Lichtmengen darstellen;
59, 60 und 61 anhand von Diagrammen unscharfe Abbildungen in Vertikal- und Horizontalrichtung, die durch Integrieren der 56, 57 und 58 bei einer Wellenlänge von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm erhalten werden;
62 und 63 schematische Darstellungen zweier Grundmuster einer vierten Ausgestaltungsform der Erfindung;
64 in schematischer Darstellung eine Diffusionsplattenstruktur gemäß einer vierten Ausgestaltungsform der Erfindung, die durch Kombination der in den 62 und 63 gezeigten Anordnungen erhalten wird;
65, 66 und 67 nicht scharfeingestellte Abbildungen einer Punktlichtquelle auf einer in 64 gezeigten Streuscheibe bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm;
68, 69 und 70 jeweils die Verteilung von durch eine Streuscheibe nach 64 gestreuten Lichtes bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm, wobei die Abszissen die Radien der Kreise darstellen und die Ordinaten die in den Kreisen enthaltenen Lichtmengen darstellen;
71, 72 und 73 anhand von Diagrammen die Unschärfe von Abbildungungen in vertikaler und horizontaler Richtung, die durch Integrieren der 68, 69 und 70 bei einer Wellenlänge von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm erhalten werden;
74 und 75 schematische Darstellungen zweier Grundmuster einer fünften Ausgestaltungsform der Erfindung;
a76 in schematischer Darstellung eine Diffusionsplattenstruktur gemäß einer fünften Ausgestaltungsform der Erfindung, die durch Kombination der in den 74 und 75 gezeigten Anordnungen erhalten wird;
77, 78 und 79 nicht scharfeingestellte Abbildungen einer Punktlichtquelle auf einer in 76 gezeigten Streuscheibe bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm;
80, 81 und 82 jeweils die Verteilung von durch eine Streuscheibe nach 76 gestreutem Licht bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm, wobei die Abszissen die Radien der Kreise darstellen und die Ordinaten die in den Kreisen enthaltenen Lichtmengen darstellen;
83, 84 und 85 anhand von Diagrammen nicht scharfeingestellte Abbildungshelligkeit in vertikaler und horizontaler Richtung, die durch Integrieren der 80, 81 und 82 bei einer Wellenlänge von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm erhalten werden;
86 die schematische Darstellung einer hexagonalen Pyramidenstruktur in einer Anordnung höchstmöglicher Dichte nach einer sechsten Ausgestaltungsform der Erfindung;
87 die Schnittdarstellung einer Streuscheibe nach einer sechsten Ausgestaltungsform der Erfindung;
88 die Draufsicht einer Streuscheibe nach einer siebten Ausgestaltungsform der Erfindung;
89, 90 und 91 unscharfe Abbildungen einer Punktlichtquelle auf einer Streuscheibe nach einer in 88 gezeigten siebten Ausgestaltungsform bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm und 650 nm, wenn ϕ = –15° ist;
92, 93 und 94 in Diagrammen jeweils die Verteilung von durch eine in 88 gezeigte Streuplatte nach der siebten Ausgestaltungsform der Erfindung gestreutem Licht bei ϕ = –15° und bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm, wobei die Abszissen die Radien der Kreise angeben und die Ordinate die in den Kreisen enthaltene Lichtmenge angibt;
95, 96 und 97 anhand von Diagrammen die Unschärfe von Abbildungen in vertikaler und horizontaler Richtung, die man durch Integration der 92, 93 und 94 erhält bei ϕ = –15° und bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm;
98 schematisch eine Fresnellinse, die beispielsweise eine Größe von 36 × 24 mm haben kann;
99 die schematische Darstellung eines Moirémusters, das sich bei Übereinanderlegen einer in
98 gezeigten Fresnellinse und einer in 1 dargestellten Streuscheibe ergibt;
100 eine erklärende Ansicht einer wahllosen Positionsschwankung von zu einer zweidimensionalperiodischen Anordnung hinzugefügten Mikrostrukturen;
101 und 102 schematische Darstellungen zweier unterschiedlicher Grundmuster einer achten Ausgestaltungsform der Erfindung;
103 in schematischer Darstellung eine Diffusionsplattenstruktur gemäß einer achten Ausgestaltungsform der Erfindung, die durch Kombination der in den 101 und 102 gezeigten Anordnungen erhalten wird;
104 und 105 schematische Darstellungen zweier Grundmuster einer neunten Ausgestaltungsform der Erfindung;
106 in schematischer Darstellung eine Diffusionsplattenstruktur gemäß einer neunten Ausgestaltungsform der Erfindung, die durch Kombination der in den 104 und 105 gezeigten Anordnungen erhalten wird;
107 eine Schnittdarstellung eines Scharfeinstellrasters bzw. Schirmes nach einer zehnten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
108 eine Schnittdarstellung eines Scharfeinstellrasters bzw. Schirmes nach einer elften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
109 die Schnittdarstellung eines Substrates und einer Maske;
110 die Draufsicht eines auf einer in 109 dargestellten Maske ausgebildeten Mikromusters;
111 in der Draufsicht die relative Drehung der Maske;
112(a) und 112(b) eine Draufsicht auf ein erhabenes Mikromuster, das erstellt wird, wenn regelmäßige Mikromuster einander überlagert werden und die Schnittdarstellung eines unebenen Mikroreliefs, das von dem in
112(a) dargestellten erhabenen Mikromuster gebildet wird; und
113 die schematische Darstellung der Hauptkomponenten einer einäugigen Spiegelreflexkamera, in der die vorliegende Erfindung beispielsweise angewendet werden kann.
Die nachstehend erläuterten Ausgestaltungsformen sind in Streuscheiben anwendbar, die als Scharfeinstellraster beispielsweise im Sucher einer einäugigen Spie gelreflexkamera verwendbar sind (113). In einer Anordnung nach 113 tritt ein von einem zu fotografierenden Gegenstand reflektiertes Strahlenbündel durch eine Objektivlinse 101 und wird an einem Klappspiegel 102 reflektiert, bevor es auf einem Scharfeinstellraster 100 umgedreht wird, so daß ein Fotograf ein Bild des Gegenstandes durch ein Okular 103 und ein Pentagonalprisma 104 des Suchers betrachten kann.
Ausgestaltungsform 1:
24 zeigt ein Grundmuster einer Streuscheibe gemäß einer ersten Ausgestaltungsform, in dem Mikrolinsen f (Mikrostrukturen) von 1,2 μm Höhe und 10 μm Durchmesser mit höchstmöglicher Dichte in einem Abstand von 16 μm zueinander angeordnet sind. 25 zeigt ein anderes Grundmuster einer Streuscheibe nach der ersten Ausgestaltungsform, in der ebenfalls Mikrolinsen f von 1,2 μm Höhe derart angeordnet sind, daß sie die höchstmögliche Dichte haben. Die Mikrolinsen sind ähnlich wie bei 24 in einem Abstand von 16 μm zueinander angeordnet, die Muster der 24 und 25 haben jedoch in ihrer jeweiligen Ausrichtung einen Unterschied von 30° zueinander.
1 zeigt ein resultierendes Muster einer Streuscheibe, die eine Kombination der in den 24 und 25 gezeigten Basismuster bildet. In dem resultierenden Muster ist hierbei keine Periodizität zu erkennen.
Die 27 bis 35 zeigen optische Eigenschaften der in 1 gezeigten Streuscheibe. Die 27 bis 29 zeigen Streueigenschaften, d. h. eine Unschärfe einer Punktlichtquelle bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm. In den 27 bis 29 entsprechen die Durchmesser der kleinen Kreise bzw. Punkte der Hellig keit des gebeugten Lichtes in Richtung ihrer Durchmesser und die großen Kreise entsprechen den F-Zahlen von auf eine Streuscheibe einfallenden Strahlenbündeln. Die F-Zahlen sind von außen nach innen betrachtet 2,0, 2,8, 4,0, 5,6 bzw. 8,0.
Die 30 bis 32 zeigen die in den Kreisen bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm enthaltene Lichtmenge. In den 30 bis 32 stellt die Abszisse die Radien der Kreise dar und die Ordinate stellt die in den Kreisen enthaltene Lichtmenge dar. Aus dem oben Gesagten ist zu entnehmen, daß die gesamte durch die in 1 gezeigte Streuscheibe hindurchtretende Lichtmenge 1,0 ist.
Die 33 bis 35 zeigen unscharfe Helligkeitsabbildungen von Linienlichtquellen bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm. Die Vollinien stellen jeweils die vertikale Linienlichtquelle dar und die unterbrochenen Linien die horizontale Linienlichtquelle. In den 33 bis 35 entsprechen die Abszissen den Beugungsradien der Beugungsmuster und die Ordinaten der relativen Lichtintensität unter der Voraussetzung, daß die höchste Intensität 1,0 ist. Wenn die von der Richtung der Linienlichtquellen abhängige Verteilung in den 33 bis 35 nicht unterschiedlich groß ist, überlappen die Vollinien und die unterbrochenen Linien.
Im Vergleich mit den auf den Stand der Technik bezogenen 2 bis 10 ist das Streuvermögen der in den 27 bis 35 dargestellten Streuscheibe stetig und weniger abhängig von der Wellenlänge, so daß das Streuvermögen durch die vorliegende Erfindung verbessert wird.
Die 36 und 37 zeigen den Zusammenhang zwischen den F-Zahlen des einfallenden Lichtes und dem Orientierungssinn für die Streuscheiben nach dem Stande der Technik bzw. der vorliegenden Erfindung, wie sie in den 26 bzw. 1 dargesellt sind. Bei geöffneter Blende fallen die Strahlenbündel von 450 nm, 550 nm und 650 nm durch die Okularlinse in gleicher Weise auf das Auge des Fotografen.
Bei abgeblendeter Blende jedoch, d. h., wenn die F-Zahl größer wird, ändert sich der Orientierungssinn im Falle der periodischen Streuscheibe. Entsprechend erhält man eine Farbunregelmäßigkeit einer durch den Sucher betrachteten Gegenstandsabbildung. Demgegenüber erhält man im Falle einer erfindungsgemäßen Streuscheibe bei Änderung der F-Zahl nur eine geringe oder gar keine Änderung des Orientierungssinnes. Entsprechend tritt keine Farbunregelmäßigkeit auf, wie 37 zu entnehmen ist.
Ausgestaltungsform 2:
38 zeigt ein Grundmuster einer Streuscheibe gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform, in dem Mikrolinsen f (Mikrostrukturen) von 1,2 μm Höhe und 10 μm Durchmesser mit höchstmöglicher Dichte in einem Abstand von 16 μm zueinander angeordnet sind.
39 zeigt ein anderes Grundmuster einer Streuscheibe nach der zweiten Ausgestaltungsform, in der ebenfalls Mikrolinsen f von 1,2 μm Höhe derart angeordnet sind, daß sie die höchstmögliche Dichte haben. Die Mikrolinsen sind ähnlich wie bei 38 in einem Abstand von 16 μm zueinander angeordnet. Zwischen den in 38 und 39 gezeigten Grundmustern besteht eine Winkelphasendifferenz. Das in 39 gezeigte Grund muster erhält man nämlich durch Drehen des in 38 gezeigten Grundmusters um 21,78°, um eine vom Grundmuster von 38 unterschiedliche Ausrichtung zu erhalten.
40 zeigt ein resultierendes Muster einer Streuscheibe, die eine Kombination der in den 38 und 39 gezeigten Basismuster bildet. Das in 40 gezeigte resultierende Muster mit einer Winkelphasendifferenz von 21,78° ist ebenfalls periodisch.
Die 41 bis 49 zeigen optische Eigenschaften der in 40 gezeigten Streuscheibe.
Die 41 bis 43 zeigen Streueigenschaften, d. h. eine Unschärfe einer Punktlichtquelle bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm. In den 41 bis 43 entsprechen die Durchmesser der kleinen Kreise bzw. Punkte der Helligkeit des gebeugten Lichtes in Richtung ihrer Durchmesser und die großen Kreise entsprechen den F-Zahlen von auf eine Streuscheibe einfallenden Strahlenbündeln. Die F-Zahlen sind von außen nach innen betrachtet 2,0, 2,8, 4,0, 5,6 bzw. 8,0.
Die 44 bis 46 zeigen die in den Kreisen bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm enthaltene Lichtmenge. In den 44 bis 46 stellt die Abszisse die Radien der Kreise dar und die Ordinate stellt die in den Kreisen enthaltene Lichtmenge dar. Aus dem oben Gesagten ist zu entnehmen, daß die gesamte durch die in 40 gezeigte Streuscheibe hindurchtretende Lichtmenge 1,0 ist.
Die 47 bis 49 zeigen unscharfe Helligkeitsabbildungen von Linienlichtquellen bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm. Die Vollinien stellen jeweils die vertikale Linienlichtquelle dar und die unterbrochenen Linien die horizontale Linienlichtquelle. Die Abszissen entsprechen den Beugungsradien der Beugungsmuster und die Ordinaten der relativen Lichtintensität unter der Voraussetzung, daß die höchste Intensität 1,0 ist.
Obwohl das resultierende Muster aufgrund der Periodizität der zu überlagernden Grundmuster diskret bzw. unstetig ist, sind die optischen Eigenschaften einer Streuscheibe gemäß der dargelegten Ausgestaltungsform im Vergleich mit einer in den 2 bis 10 gezeigten Streuscheibe erheblich verbessert. Darüber hinaus ist die Struktur der Streuscheibe nicht in dem Maße sichtbar, wie bei konventionellen Streuscheiben, bei denen der Abstand der Mikrostruktur merklich größer ist.
Ausgestaltungsform 3:
50 zeigt ein Grundmuster einer Streuscheibe gemäß einer dritten Ausgestaltungsform, in dem Mikrolinsen f (Mikrostrukturen) von 1,2 μm Höhe und 10 μm Durchmesser mit höchstmöglicher Dichte in einem Abstand von 16 μm zueinander angeordnet sind.
51 zeigt ein anderes Grundmuster einer Streuscheibe nach der dritten Ausgestaltungsform, in der ebenfalls Mikrolinsen f von 6,67 μm Höhe derart angeordnet sind, daß sie die höchstmögliche Dichte haben. Die Mikrolinsen sind ähnlich wie bei 38 in einem Abstand von 10,67 μm zueinander angeordnet. Die beiden Grundmuster haben die gleiche Ausrichtung.
52 zeigt ein resultierendes Muster einer Streuscheibe, die eine Kombination der in den 50 und 51 gezeigten Basismuster bildet. Das in 52 gezeigte resultierende Muster ist auch periodisch.
Die 53 bis 61 zeigen optische Eigenschaften der in 52 gezeigten Streuscheibe.
Die 53 bis 55 zeigen Streueigenschaften, d. h. eine Unschärfe einer Punktlichtquelle bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm. In den 53 bis 55 entsprechen die Durchmesser der kleinen Kreise bzw. Punkte der Helligkeit des gebeugten Lichtes in Richtung ihrer Durchmesser und die großen Kreise entsprechen den F-Zahlen von auf eine Streuscheibe einfallenden Strahlenbündeln. Die F-Zahlen sind von außen nach innen betrachtet 2,0, 2,8, 4,0, 5,6 bzw. 8,0.
Die 56 bis 58 zeigen die in den Kreisen bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm enthaltene Lichtmenge. Die Abszisse stellt jeweils die Radien der Kreise dar und die Ordinate stellt die in den Kreisen enthaltene Lichtmenge dar. Aus dem oben Gesagten ist zu entnehmen, daß die gesamte durch die in 52 gezeigte Streuscheibe hindurchtretende Lichtmenge 1,0 ist.
Die 59 bis 61 zeigen unscharfe Helligkeitsabbildungen von Linienlichtquellen bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm. Die Vollinien stellen jeweils die vertikale Linienlichtquelle dar und die unterbrochenen Linien die horizontale Linienlichtquelle. Die Abszissen entsprechen den Beugungsradien der Beugungsmuster und die Ordinaten der relativen Lichtintensität unter der Voraussetzung, daß die höchste Intensität 1,0 ist.
Obwohl das resultierende Muster aufgrund der Periodizität der zu überlagernden Grundmuster diskret bzw. unstetig ist, sind die optischen Eigenschaften einer Streuscheibe gemäß der dargelegten Ausgestaltungsform im Vergleich mit einer in den 2 bis 10 gezeigten Streuscheibe erheblich verbessert. Darüber hinaus ist die Struktur der Streuscheibe nicht in dem Maße sichtbar, wie bei konventionellen Streuscheiben, bei denen der Abstand der Mikrostruktur merklich größer ist.
Obwohl die Streuscheibe aus zwei Grundmustern mit gleicher Ausrichtung und unterschiedlichen Abständen erstellt wird, ist es in der dritten Ausgestaltungsform möglich, die Grundmuster mit einer Winkelphasendifferenz ähnlich der der ersten oder zweiten Ausgestaltungsform zu überlagern. Eines der Grundmuster kann nämlich relativ zu dem anderen Grundmuster um einen vorgegebenen Winkel gedreht werden.
Ausgestaltungsform 4:
62 zeigt ein Grundmuster einer Streuscheibe gemäß einer vierten Ausgestaltungsform, in dem Mikrolinsen f (Mikrostrukturen) von 1,2 μm Höhe und 10 μm Durchmesser quadratisch angeordnet in einem Abstand von 16 μm zueinander angeordnet sind.
63 zeigt ein anderes Grundmuster einer Streuscheibe nach der zweiten Ausgestaltungsform, in der ebenfalls Mikrolinsen f von 1,2 μm Höhe derart angeordnet sind, daß sie quadratisch angeordnet sind. Die Mikrolinsen sind ähnlich wie bei 62 in einem Abstand von 16 μm zueinander angeordnet. Zwischen den in 62 und 63 gezeigten Grundmustern besteht eine Winkelphasendifferenz. Das in 63 gezeigte Grundmuster erhält man nämlich durch Drehen des in 62 gezeigten Grundmusters um 45°, um eine vom Grundmuster von 62 unterschiedliche Ausrichtung zu erhalten.
64 zeigt ein resultierendes Muster einer Streuscheibe, die eine Kombination der in den 62 und 63 gezeigten Basismuster bildet. Das in 64 gezeigte resultierende Muster hat keine Periodizität.
Die 65 bis 73 zeigen optische Eigenschaften der in 64 gezeigten Streuscheibe.
Die 65 bis 67 zeigen Streueigenschaften, d. h. eine Unschärfe einer Punktlichtquelle bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm. In den 65 bis 67 entsprechen die Durchmesser der kleinen Kreise bzw. Punkte der Helligkeit des gebeugten Lichtes in Richtung ihrer Durchmesser und die großen Kreise entsprechen den F-Zahlen von auf eine Streuscheibe einfallenden Strahlenbündeln. Die F-Zahlen sind von außen nach innen betrachtet 2,0, 2,8, 4,0, 5,6 bzw. 8,0.
Die 68 bis 70 zeigen die in den Kreisen bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm enthaltene Lichtmenge. In den 44 bis 46 stellt die Abszisse die Radien der Kreise dar und die Ordinate stellt die in den Kreisen enthaltene Lichtmenge dar. Aus dem oben Gesagten ist zu entnehmen, daß die gesamte durch die in 64 gezeigte Streuscheibe hindurchtretende Lichtmenge 1,0 ist.
Die 71 bis 73 zeigen unscharfe Helligkeitsabbildungen von Linienlichtquellen bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm. Die Vollinien stellen jeweils die vertikale Linienlichtquelle dar und die un terbrochenen Linien die horizontale Linienlichtquelle. Die Abszissen entsprechen den Beugungsradien der Beugungsmuster und die Ordinaten der relativen Lichtintensität unter der Voraussetzung, daß die höchste Intensität 1,0 ist.
Da für die unterschiedlichen Richtungen der Linienlichtquelle kein Unterschied in der Verteilung vorliegt, überlappen die Vollinien und die unterbrochenen Linien.
Ausgestaltungsform 5:
74 zeigt ein Grundmuster einer Streuscheibe gemäß einer fünften Ausgestaltungsform, in dem Mikrolinsen f (Mikrostrukturen) von 1,2 μm Höhe und 10 μm Durchmesser mit höchstmöglicher Dichte in einem Abstand von 16 μm zueinander angeordnet sind. Der Gittervektor ist gegeben durch ⌈p = (16, 0)(μm) und q⌉ = (8,8·3^1/2)(μm).
75 zeigt ein anderes Grundmuster einer Streuscheibe nach der fünften Ausgestaltungsform, in der ebenfalls Mikrolinsen f von 1,2 μm Höhe derart angeordnet sind, daß sie eine quadratische Anordnung haben. Die Mikrolinsen sind ähnlich wie bei 74 in einem Abstand von 16 μm zueinander angeordnet. Zwischen den in 74 und 75 gezeigten Grundmustern besteht eine Winkelphasendifferenz. Das in 75 gezeigte Grundmuster erhält man nämlich durch Drehen des in 74 gezeigten Grundmusters um 45°, um eine vom Grundmuster von 74 unterschiedliche Ausrichtung zu erhalten. Der Gittervektor ist gegeben durch ⌈p = (8·2^1/2, 8·2^1/2)(μm) und q⌉ = (–8·2^1/2, 8·2^1/2) (μm)
76 zeigt ein resultierendes Muster einer Streuscheibe, die eine Kombination der in den 74 und 75 gezeigten Basismuster bildet. Das in 76 gezeigte resultierende Muster hat keine Periodizität.
Die 77 bis 85 zeigen optische Eigenschaften der in 76 gezeigten Streuscheibe.
Die 77 bis 79 zeigen Streueigenschaften, d. h. eine Unschärfe einer Punktlichtquelle bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm. In den 77 bis 79 entsprechen die Durchmesser der kleinen Kreise bzw. Punkte der Helligkeit des gebeugten Lichtes in Richtung ihrer Durchmesser und die großen Kreise entsprechen den F-Zahlen von auf eine Streuscheibe einfallenden Strahlenbündeln. Die F-Zahlen sind von außen nach innen betrachtet 2,0, 2,8, 4,0, 5,6 bzw. 8,0.
Die 80 bis 82 zeigen die in den Kreisen bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm enthaltene Lichtmenge. In den 44 bis 46 stellt die Abszisse die Radien der Kreise dar und die Ordinate stellt die in den Kreisen enthaltene Lichtmenge dar. Aus dem oben Gesagten ist zu entnehmen, daß die gesamte durch die in 76 gezeigte Streuscheibe hindurchtretende Lichtmenge 1,0 ist.
Die 83 bis 85 zeigen unscharfe Helligkeitsabbildungen von Linienlichtquellen bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm. Die Vollinien stellen jeweils die vertikale Linienlichtquelle dar und die unterbrochenen Linien die horizontale Linienlichtquelle. Die Abszissen entsprechen den Beugungsradien der Beugungsmuster und die Ordinaten der relativen Lichtintensität unter der Voraussetzung, daß die höchste Intensität 1,0 ist.
In den oben beschriebenen Ausgestaltungsformen bestehen die Mikrostrukturen f alle aus Mikrolinsen, von denen jede kreisförmig in Normalrichtung zum Grundmuster ist. Die vorzugsweise kreisförmigen Mikrolinsen können beispielsweise durch hexagonalpyramidenförmige Linen f' ersetzt werden, die, wie in 86 gezeigt, dicht nebeneinander angeordnet sind. Eine Vielzahl von jeweils aus hexagonalpyramidenförmigen Linsen f' bestehenden Grundmustern werden mit vorgegebener Winkelphasendifferenz zueinander überlagert. In diesem Falle wird die Diskontinuität der Streueigenschaften durch eine Faltungsintegration verbessert und es treten keine Farbunregelmäßigkeiten auf.
Der Faktor (die Einhüllende), die die relative Intensität der Streueigenschaften der diskreten Spektren der periodischen Grundmuster festlegt, ist eine Fouriertransformierte G(ω_x, ω_y) der Übertragungsfunktion g(x, y) der Mikrostrukturen. Wenn entsprechend die Übertragungsfunktion g(x, y) rotationssymmetrisch ist, ist auch die Fouriertransformierte G(ω_x, ω_y) rotationssymmetrisch. Die Einhüllende der Streueigenschaft der Streuscheibe, die aus den Grundmustern hergestellt wird, ist ebenfalls rotationssymmetrisch, weil es sich um die Faltung einer rotationssymmetrischen Funktion handelt. Demzufolge ist die Form der Mikrostrukturen, wie sie aus einer Normalrichtung zu den Grundmustern gezeigt sind, vorzugsweise kreisförmig, um die Streucharakteristika zu verbessern.
Ausgestaltungsform 6:
87 zeigt die Schnittfläche einer Streuscheibe nach der sechsten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung. Die Streuscheibe kann mit Hilfe eines später erläuterten Herstellungsverfahrens durch eine einzige Scheibe realisiert werden oder durch mehrere Scheiben mit einander eng gegenüberstehenden Streuflächen mit Grundmustern, wie es in 87 dargestellt ist. In 87 sind Streuplatten 1 und 2 mit Grundmustern derart zueinander angeordnet, daß ihre streuenden Oberflächen 15 und 25 einander gegenüberstehen. In der in 87 dargelegten Anordnung sind konkave Mikrostrukturen 3 vorgesehen, die jedoch auch durch konvexe Mikrostrukturen ersetzt werden können.
Ausgestaltungsform 7:
88 zeigt die Draufsicht einer Streuplatte nach einer siebten Ausgestaltungsform der vorliegenden Erfindung. In der in 88 gezeigten Anordnung sind zwei Streuplatten 4 und 5, jeweils mit den gleichen Grundmustern, in einem vorgegebenen Winkel ϕ zueinander, d. h. mit einer Winkelphasendifferenz angeordnet. Die Streuscheiben 4 und 5 sind relativ zueinander drehbar, um den Winkel ϕ zwischen –15° und +15° zu variieren. Wenn ϕ = –15° gilt, sind die Grundmuster in der gleichen Richtung ausgerichtet. Das Bezugszeichen 6 kennzeichnet das Gesichtsfeld des Suchers.
Die Grundmuster sind identisch mit den in 24 gezeigten, sie bestehen also aus Mikrolinsen von 1,2 μm Höhe und 10 μm Durchmesser, die in einem Abstand von 16 μm in einer Anordnung höchstmöglicher Dichte verteilt sind.
Die 89 bis 97 zeigen unterschiedliche optische Eigenschaften der in 88 gezeigten Streuscheibe, Wenn ϕ = –15° gilt.
Die 89 bis 91 zeigen Streueigenschaften, d. h. eine Unschärfe einer Punktlichtquelle bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm. In den 89 bis 91 entsprechen die Durchmesser der kleinen Kreise bzw. Punkte der Helligkeit des gebeugten Lichtes in Richtung ihrer Durchmesser und die großen Kreise entsprechen den F-Zahlen von auf eine Streuscheibe einfallenden Strahlenbündeln. Die F-Zahlen sind von außen nach innen betrachtet 2,0, 2,8, 4,0, 5,6 bzw. 8,0.
Die 92 bis 94 zeigen die in den Kreisen bei Wellenlängen von 450 nm, 550 nm bzw. 650 nm enthaltene Lichtmenge. In den 92 bis 94 stellt die Abszisse die Radien der Kreise dar und die Ordinate stellt die in den Kreisen enthaltene Lichtmenge dar. Aus dem oben Gesagten ist zu entnehmen, daß die gesamte durch die in 88 gezeigte Streuscheibe hindurchtretende Lichtmenge 1,0 ist.
Durch Variation des Winkels ϕ ist es möglich, Streuscheiben mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften einschließlich der in 40 gezeigten Streuscheibe (ϕ = 6,78°) sowie der in 1 gezeigten Streuscheibe (ϕ = 15°) bereitzustellen. Ein Fotograf kann zusätzlich beispielsweise ϕ = 15° wählen, um eine bessere Streucharakteristik zu erhalten, ϕ = 6,78° wählen, um eine glattere Mattscheibenstruktur zu erhalten oder ϕ = –15° wählen, um eine starke achsenferne Aberration zu erreichen und dadurch den scharf eingestellten Zustand besser erkennen zu können.
Wie den vorstehenden Erläuterungen zu entnehmen ist, kann eine Lichtstreuscheibe mit verbesserten Streucharakteristika und geringeren Farbunregelmäßigkeiten durch Überlagerung von Grundmustern erstellt werden, die Mikrostrukturen f in einer zweidimensionalperiodischen Anordnung enthalten.
Mit erfindungsgemäßen Streuscheiben können ggf. auch Moiréränder verhindert werden. Insbesondere wenn die Streuscheibe als Scharfeinstellschirm 100 in einer Spiegelreflexkamera verwendet wird, besteht die Möglichkeit, daß sich Moiréränder zwischen resultierenden Mustern und den Mustern der als Kondensorlinse vor dem Scharfeinstellschirm angeordneten Fresnellinse ergeben, weil das resultierende Muster Periodizität aufweist, selbst wenn nicht periodische Muster einander überlagert werden. Die Moiréränder haben einen negativen Einfluß auf die Bestimmung des Aufbaus bzw. das visuelle Erkennen fehlender Fokussierung.
98 zeigt eine Fresnellinse F, deren Flächenbereich beispielsweise 36 mm × 24 mm sein kann. 99 zeigt Moiréränder, die auftreten, wenn eine Streuscheibe mit den in 1 gezeigten Basismustern der Fresnellinse F überlagert wird.
Um das zuvor erläuterte Problem zu beseitigen, sollte mindestens eines der überlagerten Grundmuster eine Mikrostruktur enthalten, die aus einer zweidimensionalperiodischen Anordnung besteht, zu der eine beliebige Abweichung hinzugefügt wird, so daß ein nichtperiodisch überlagertes Muster gebildet wird, um die Moiréränder zu vermeiden.
Die Koordinate des Gitterpunktes in der zweidimensionalperiodischen Anordnung ist gegeben durch r_mn = m⌈p + nq⌉, wobei ⌈p und q⌉ die Gittervektoren bezeichnen, wie in 100 gezeigt. Wenn die willkürliche Positionsschwankung Δ⌈r_mn zu dieser Koordinate hinzugefügt wird, erhält man die Koordinate g(⌈r) der Mikrostruktur durch (⌈r_mn + Δ⌈r_mn). Die Übertragungsfunktion f(⌈r) des Grundmusters kann mathematisch durch folgende Gleichung erhalten werden:
Beispielsweise im Falle einer Anordnung höchster Dichte, in der die Mikrostrukturen im Zentrum und an den Spitzen eines regulären Hexagon angeordnet sind, gilt |⌈p| = |q⌉| und |⌈p|·|q⌉| = |⌈p|·|q⌉|/2 im Falle einer quadratischen Anordnung, in der die Mikrostrukturen an den Spitzen eines Quadrates angeordnet sind, gilt |p| = |q| und p·q = 0.
Mit wachsender Schwankung verschwinden die Moireränder. Eine größere Schwankung verschlechtert jedoch die Qualität des Scharfeinstellschirmes. Die Schirmoberfläche wird nämlich unerwünscht rauh.
Untersuchungen der Erfinder haben für eine Streuscheibe mit mit einer Winkelphasendifferenz von 90° einander überlagerten Grundmustern von höchstmöglicher Dichte, wobei die Länge des Gittervektors 16 μm betrug, die folgenden, nachstehend in Tabelle 1 wiedergegebenen Zusammenhänge zwischen der Standardabweichung (μm) der Schwankung, der Nichtwahrnehmbarkeit der Moireränder und der Oberflächenglattheit des Rasters ergeben. In Tabelle 1 bezeichnet "<>", daß die Moireränder sichtbar sind und die Rasteroberfläche rauh ist, "*", daß die Moireränder geringfügig sichtbar sind und die Rasteroberfläche ziemlich glatt ist und "#", daß die Moireränder vollständig unsichtbar sind und die Rasteroberfläche glatt ist.
Tabelle 1
Wie dem Vorstehenden zu entnehmen ist, existieren Grenzen der Schwankung zum Realisieren einer Streuscheibe mit gewünschten optischen Eigenschaften. Die Standardabweichung σ der Schwankung sollte nämlich vorzugsweise unter Berücksichtigung des Mittelwertes ϱ der Länge des Gittervektors den folgenden Zusammenhang erfüllen: 0.04 < σ/ρ < 0.2
wobei Δr_mk,nk den Schwankungsvektor der im k-ten Grundmuster enthaltenen (m_k, n_k)-ten Mikrostruktur bezeichnet, ⌈p_k, q⌉_k den Gittervektor des zweidimensionalperiodischen k-ten Grundmusters bezeichnet,
die Summe der Vektoren der überlagerten Grundmuster angibt und
die Summe des im statistischen Bereich enthaltenen Vektors der Mikrostrukturen für die k-te Grundstruktur bezeichnen.
Ausgestaltungsform 8:
101 zeigt ein Grundmuster einer Streuscheibe nach einer achten Ausgestaltungsform, in der die Mikrolinsen bzw. die Mikrostrukturen mit einer Höhe von 1,2 μm und einem Durchmesser von 10 μm in einem Abstand von 16 μm mit höchstmöglicher Dichte angeordnet sind. Der Gittervektor ist gegeben durch ⌈p = (16, 0) (μm) und q⌉ = (8,8·3^1/2) (μm) und die Standardabweichung σ der Schwankung ist σ = 1,4 (μm).
102 zeigt ein anderes Grundmuster einer Streuscheibe nach der achten Ausgestaltungsform, in dem die Mikrolinsen bzw. Mikrostrukturen mit einer Höhe von 1,2 μm und 10 μm Durchmesser im Abstand von 16 μm mit höchstmöglicher Dichte angeordnet sind. Der Gittervektor ist gegeben durch ⌈p = (0, 16) (μm) und q⌉ = (–8·3^1/2, 8) (μm) und die Standardabweichung σ der Schwankung beträgt σ = 1,4 (μm). Das in 102 gezeigte Grundmuster wird durch Drehung des in 101 gezeigten Grundmusters um 90° erhalten.
103 zeigt ein resultierendes Muster einer Streuscheibe, die aus einer Kombination der in den 101 und 102 gezeigten Grundmuster besteht. In den sich ergebenden Mustern gilt σ/ϱ = 0,088.
Ausgestaltungsform 9:
104 zeigt ein Grundmuster einer Streuscheibe nach einer neunten Ausgestaltung, in der die Mikrolinsen bzw. Mikrostrukturen mit einer Höhe von 1,2 μm und einem Durchmesser von 10 μm in einem Abstand von 16 μm in höchstmöglicher Dichte angeordnet sind. Der Gittervektor ist gegeben durch ⌈p = (16, 0) (μm) und q⌉ = (8, 8·3^1/2) (μm) und die Standardabweichung σ der Schwankung ist gegeben durch σ = 0 (μm).
105 zeigt ein anderes Grundmuster einer Streuscheibe nach einer neunten Ausgestaltung, in dem Mikrostrukturen bzw. Mikrolinsen mit einer Höhe von 1,2 μm und einem Durchmesser von 10 μm in einem Abstand von 16 μm mit höchstmöglicher Dichte angeordnet sind. Der Gittervektor ist gegeben durch ⌈p = (0, 16) (μm) und q⌉ = (–8·3^1/2, 8) (μm) und die Standardabweichung σ der Schwankung beträgt σ = 1,4 (μm), genau wie bei dem in 102 gezeigten Grundmuster.
106 zeigt ein resultierendes Muster einer Streuscheibe, die aus einer Kombination der in den 104 und 105 dargestellten Grundmuster besteht. In dem resultierenden Muster gilt σ/ϱ = 0,044.
Wie aus den vorstehenden Erläuterungen zu entnehmen ist, ist bei Hinzufügung einer Schwankung zu mindestens einem der überlagerten Grundmuster das durch die Überlagerung der Grundmuster erhaltene resultierende Grundmuster unregelmäßig, so daß nur ein geringer oder gar kein Moirerand zwischen dem resultierenden Muster und dem Muster der Fresnellinse auftritt. Dadurch können verglichen mit einer Streuscheibe, die durch Überlagerung von Grundmustern ohne hinzugefügter Schwankung erzeugt werden, bessere Streucharakteristika und eine geringere Farbunregelmäßigkeit durch ein derart erhaltenes resultierendes Muster erwartet werden.
Ausgestaltunsform 10:
107 zeigt die Schnittdarstellung eines Scharfeinstellschirms einer Streuscheibe nach der zehnten Ausgestaltung, wobei eine Streuoberfläche 7 auf einer zweier gegenüberliegender Seiten der Scheibe ausgebildet ist und eine Fresnellinse 8 auf der anderen Oberfläche der gleichen Scheibe ausgebildet ist.
Ausgestaltungsform 11:
108 zeigt die Schnittdarstellung eines Scharfeinstellrasters einer Streuscheibe nach der elften Ausgestaltungsform, wobei die mit Grundmustern versehenen streuenden Oberflächen 9 und 10 auf einander gegenüberliegenden Streuscheiben 11 und 12 vorgesehen sind. Die Fresnellinse 13 ist an der der Streuoberfläche gegenüberliegenden Oberfläche der Streuscheibe 12 ausgebildet.
Ausgestaltungsform 12:
Die nachstehenden Erläuterungen beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Originalstreuscheiben als mögliche Ausgestaltungsformen der vorliegenden Erfindung.
In 109 wird ein beispielsweise aus Glas bestehendes Substrat 17 mit einem positiven Fotoresistfilm 15 als fotoempfindliches Material mit einer gleichmäßigen Dicke (z. B. 2 bis 3 μm) beispielsweise unter Verwendung eines Rotationsabdeckverfahrens abgedeckt.
Eine beispielsweise aus Glas bestehende Belichtungsmaske 16, ist zum Erstellen eines vorgegebenen, auf die positive Fotoresistschicht 15 belichteten Musters mit einem Punktmuster 17 aus Chrom in Form von Mikroerhebungen versehen, wie in 100 gezeigt. Das Mikromuster 17 besteht aus Mikrolinsen mit einem Durchmesser von 10 bis 20 μm und einem Abstand voneinander von 15 bis 20 μm.
Die Maske 16 befindet sich in einem Abstand Δt (beispielsweise ca. 75 μm) von dem Substrat 14. Daraufhin wird die Maske 16 mit von hinten auf das Mikromuster 17 der Maske 16 auftreffendem UV-Licht für eine vorgegebe ne Zeitspanne beleuchtet, um das Mikromuster 17 auf die Oberfläche des positiven Fotoresistfilmes 15 zu projizieren und diesen zu belichten.
Daraufhin wird, wie in 111 gezeigt, die Maske 16 in einer vorgegebenen Richtung um einen Winkel 0 (z. B. θ = 5°) um eine senkrecht zum Zeichnungspapier verlaufende Achse L innerhalb der gleichen Ebene gedreht und die Belichtung wird dann noch einmal bewirkt.
Nachdem diese Vorgänge abgeschlossen sind, wird das Substrat 14 einem Entwicklungsprozeß unterworfen, so daß das aus Mikroerhebungen und Mikrovertiefungen bestehende unebene Reliefmuster 19 auf dem positiven Fotoresistfilm ausgebildet wird, wie in 112(a) gezeigt.
Das dadurch erhaltene Reliefmuster 19 ist nicht regelmäßig und enthält unterschiedliche Höhen und Formen von Mikroerhebungen und Vertiefungen. Die höchsten Bereiche X sind nämlich durch die überlappend projizierten Punkte 20 gegeben, die das Mikromuster 19 bilden, die mittleren Bereiche Y werden durch die ohne Überlappung projizierten Punkte 20 gebildet und die niedrigsten Bereiche Z werden durch die übrigen, von den Punkten 20 unterschiedlichen Bereiche festgelegt.
Wenn der Abstand Δt zwischen dem positiven Fotoresistfilm 15 und der Maske 16 75 μm beträgt, so daß das verteilte UV-Licht 18 das Mikromuster 17 erreichen kann, sind die von den Punkten 20 unterschiedlichen Bereiche nichtlinear und sind glatt gekrümmt, so daß das gesamte Mikromuster 19 eine glatt gekrümmte Oberfläche bestimmt.
Das Substrat 14 kann demgemäß durch Kopieren der Originalformvorlage hergestellt werden. Die galvanoplastische Originalvorlage wird durch das Substrat 14 bereitgestellt und das Muster kann beispielsweise unter Verwendung einer Spritzgießform auf ein optisches Kunststoffmaterial, wie Acrylharz übertragen werden, um eine Streuscheibe mit verbessertem Streuvermögen, geringerer Granulierung und verbesserten Streueigenschaften herzustellen.
Die Maske 16 ist üblicherweise in bekannter Weise mit Hilfe eines fotolithographischen Verfahrens hergestellt. Ein regelmäßiges Muster, wie es in 26 gezeigt ist, oder ein Muster mit einer Stellungsschwankung, wie es in 101 gezeigt ist, wird von einem Fotoplotter o.ä. gezeichnet, um ein Netz bereitzustellen. Das Netz wird dann mit reduzierter Vergrößerung projiziert und diskontinuierlich bewegt, um wiederholt belichtet zu werden, so daß eine Maske von gewünschter Größe erstellt werden kann. Die Größe, der Abstand usw. des Mikromusters 19 können zusätzlich in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften der zu erstellenden Streuscheibe ausgewählt werden. Die willkürliche Positionsabweichung kann auch durch Pseudo-Zufallszahlen von einem Computer gesteuert werden.
In der dargelegten Ausgestaltung wird die Streuscheibe durch Überlagerung der zweidimensionalperiodischen Muster von Mikrostrukturen oder Überlagerung einer willkürlichen Positionsabweichung von Mikrostrukturen zu mindestens einem der zweidimensionalperiodischen Muster erstellt, wie vorstehend dargelegt. Nichts desto trotz braucht die Streuscheibe nicht notwendigerweise eine insgesamt gleichförmige Periodizität aufzuweisen. Es ist nämlich möglich, eine Streuscheibe zu verwenden, die unterschiedliche Grundmuster in ihrem Zentralbereich und ihrem peripheren Bereich hat.
In dem dargelegten Ausführungsbeispiel wird die Originalvorlage durch Mehrfachbelichtung bei relativer Drehung der Maske erstellt.
Die Anzahl der zu überlagernden Grundmuster ist nicht auf zwei begrenzt, d. h., es können in Ausgestaltungsformen der Erfindung auch mehrere Grundmuster überlagert werden.
Wie den vorstehenden Darlegungen zu entnehmen ist, stellt die vorliegende Erfindung eine Lichtstreuscheibe bereit, deren Streieigenschaft derart steuerbar ist, daß bei ihrer Verwendung als Scharfeinstellraster keine rauhe Oberfläche sichtbar wird. Die dadurch erhaltene Lichtstreuscheibe ist weitgehend frei von achsenferner Aberration, die Mehrfachlinienbilder bewirkt, und weitgehend frei von Farbunregelmäßigkeiten. Zwischen einer Fresnellinse und bestimmten Ausgestaltungsformen erfindungsgemäßer Streuscheiben treten keine Moiré-Ränder auf.
Im Gegensatz zu periodischen Streuscheiben, bei denen selbst geringfügige Fehler der Gesetzmäßigkeit der Mikrostruktur auffällig sind, verhindert darüber hinaus eine erfindungsgemäße Streuscheibe das Auffallen solcher Fehler, wodurch bei der Herstellung von Streuscheiben die Ausbeute verbessert wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Originalvorlage für eine Streuscheibe mit folgenden Verfahrensschritten: – Belichten eines mit einem fotoempfindlichen Material beschichteten Substrats mit einem ersten Mikromuster, das aus einer zweidimensional periodisch sich wiederholenden Grundstruktur besteht, wobei die Grundstruktur aus einem einzigen optischen Element einheitlicher Form und Größe besteht, – erneutes Belichten des fotoempfindlichen Materials mit einem zweiten, vom ersten Mikromuster unterschiedlichen Mikromuster, das aus einer zweidimensional periodisch sich wiederholenden Grundstruktur besteht, wobei die Grundstruktur aus einem einzigen optischen Element einheitlicher Form und Größe besteht, und – Entwickeln des fotoempfindlichen Materials.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittervektoren, die die Grundstruktur des ersten Mikromusters definieren, und die Gittervektoren, die die Grundstruktur des zweiten Mikromusters definieren, in ihrer Länge übereinstimmen, jedoch in ihrer Ausrichtung unterschiedlich sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Mikromuster aus dem ersten Mikromuster erzeugt wird, indem eine mit dem ersten Mikromuster versehene Maske vor dem erneuten Belichten um einen vorbestimmten Winkel um eine zur Maske senkrechte Achse gedreht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gittervektoren, die die Grundstruktur des ersten Mikromusters definieren, und die Gittervektoren, die die Grundstruktur des zweiten Mikromusters definieren, in ihrer Ausrichtung übereinstimmen, jedoch in ihrer Länge unterschiedlich sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Mikromuster mit einer Positionsschwankung bezüglich der zweidimensionalen Periodizität seiner Grundstruktur versehen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Bedingung erfüllt ist: 0,04 < σ/ρ > 0,2wobei σ die Standardabweichung der Schwankung bezeichnet und ρ den mittleren Wert der Länge des Gittervektors der zweidimensionalen Periode und wobei σ und ρ festgelegt sind durch:
mit Δr_mk,nk = Vektor der Positionsschwankung des (m_k, n_k)-ten, in der k-ten Grundstruktur enthaltenen optischen Elements; p_k, q_k = Gittervektor der zweidimensionalen Periode der k-ten Grundstruktur;
= Summe der Vektoren der Grundstrukturen;
= Summe der Vektoren der in einem statistischen Bereich innerhalb der k-ten Grundstruktur enthaltenen optischen Elemente.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente aus Mikrolinsen bestehen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die Grundstruktur des ersten Mikromusters bildende optische Element und das die Grundstruktur des zweiten Mikromusters bildende optische Element gleiche Form und Größe haben.