DE69029678T2

DE69029678T2 - PVorrichtung zur Herstellung von optischen Bildern

Info

Publication number: DE69029678T2
Application number: DE69029678T
Authority: DE
Inventors: Kazumine Sony Corporation Tokyo Ito; Katsutoshi Sony Corporation Tokyo Ohno; Nobutomo Sony Corporation Tokyo Umeki; Masanobu Sony Corporation Tokyo Yamamoto
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1989-05-01
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1997-05-07
Anticipated expiration: 2010-04-05
Also published as: KR900018745A; DE69029678D1; JPH02291594A; JP2775844B2; US5079430A; EP0396259A3; EP0396259B1; EP0396259A2; KR0147286B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ultraviolettstrahlungs-Projektor und auf eine Vorrichtung zur Bildung eines optischen Bildes. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Ultraviolettstrahlungs-Projektor, der als Lichtquelle zur Belichtung eines ultraviolettempfindlichen Materials dient, sowie auf eine Vorrichtung zur Bildung eines optischen Bildes, mit der ein gewünschtes zweioder dreidimensionales Bild unter Verwendung des Ultraviolettstrahlungs-Projektors gebildet wird.
Ein Verfahren zur Bildung eines optischen Bildes ist ein Verfahren aus einer Anzahl von konventionellen Verfahren zur Bildung gewünschter Bilder. So wird beispielsweise ein flüssiges oder schichtartiges Kunstharz (nachstehend als lichtempfindliches Harz bezeichnet), welches auf Bestrahlung durch einen Ultraviolettstrahl ausgehärtet oder zerlegt wird, mittels eines Ultraviolettstrahls mit einer bestimmten Wellenlänge derart positiv oder negativ belichtet, daß auf dem lichtempfindlichen Harz ein gewünschtes Bild gebildet ist.
Eine konventionelle Vorrichtung umfaßt eine Lichtquelle, wie eine Kathodenstrahlröhre vom Ultraviolett-Emissionstyp zur Bildung eines Bildes. Ein optisches Fokussierungssystem, wie ein Objektiv bzw. eine Linse, ist zwischen die Frontfläche der Kathodenstrahlröhre und einer Oberfläche des lichtempfindlichen Harzes eingefügt, wodurch ein Ultraviolettstrahl von der Emissionsfläche der Kathodenstrahlröhre auf die Oberfläche des lichtempfindlichen Harzes durch das optische Fokussierungssystem fokussiert wird, um das lichtempfindliche Harz zu belichten.
Ein Beispiel der obigen Vorrichtung ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 288 844/1987 beschrieben.
Die bei dem zuvor erwähnten Stand der Technik beschriebene Vorrichtung zur Bildung eines optischen Bildes weist folgende Probleme auf. Bei dieser konventionellen Vorrichtung zur Bildung eines optischen Bildes ist eine Lichtführung auf der Emissionsfläche der Kathodenstrahlröhre angeordnet, um den Ultraviolettstrahl zu kollimieren, und ein lichtempfindliches Harz wird an eine Austritts-Stirnseite der Lichtführung abgegeben, so daß die Flachheit der Austritts-Stirnseite der Lichtführung unmittelbar die Genauigkeit des gebildeten Bildes bestimmt. Aus diesem Grunde ist eine sehr hohe Bearbeitungsgenauigkeit der Austritts-Stirnseite erforderlich. Falls das ausgehärtete lichtempfindliche Harz auf der Austritts- Stirnseite verbleibt, kann der Prozeß des Ablösens des betreffenden Harzes ferner nicht nur das gebildete Bildmuster beschädigen, sondern auch die Lichtführungs-Stirnseite, was auch zur Beschädigung von weiteren Bildern führen kann. Auf der Austritts-Stirnseite zurückbleibendes ausgehärtetes Restharz beeinflußt ebenfalls in nachteiliger Weise den Ultraviolettstrahl optisch. Darüber hinaus tritt unabweislich eine Temperaturdifferenz zwischen dem lichtempfindlichen Harz und der Frontfläche der Kathodenstrahlröhre auf, und zwar aufgrund deren Berührung. Die Brauchbarkeit der Kathodenstrahlröhre ist durch die Temperaturdifferenz, die toleriert werden kann, begrenzt.
In der EP-A-0228 735 ist eine Vorrichtung zur Bildung eines optischen Bildes angegeben, die sämtliche Merkmale des Oberbegriffs des Anspruchs 1 aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindüng ist eine Vorrichtung zur Bildung eines optischen Bildes geschaffen, mit einem Ultraviolettstrahlungs-Projektor, der eine Kathodenstrahlröhre mit einer Leuchtstoff-Frontfläche aufweist, auf die ein Leuchtstoff aufgebracht ist, der in dem Fall, daß er auf die Kollision von Elektronen von einer Elektronenkanone erregt ist, einen Ultraviolettstrahl mit einer Wellenlänge von nicht mehr als 450 nm emittiert, und mit einer optischen Fokussierungseinrichtung, die so angeordnet ist, daß sie einen von der Leuchtstoff-Frontfläche emittierten Ultraviolettstrahl aufnimmt und ihn auf eine Belichtungs- bzw. Bestrahlungsoberfläche eines ultraviolettempfindlichen Materials fokussiert, welches im Gebrauch in der Vorrichtung derart angeordnet ist, daß die genannte optische Fokussierungseinrichtung von der genannten Bestrahlungsoberfläche getrennt gehalten ist. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie ferner umfaßt:
eine Testsignal-Abgabeeinrichtung zur Abgabe eines Raumfrequenz-Meßmustersignals an die genannte Kathodenstrahlröhre; eine Muster-Detektiereinrichtung zur Ermittlung des von der genannten Kathodenstrahlröhre emittierten Raumfrequenz- Meßmusterbildes;
eine Antriebseinrichtung zur Bewegung des genannten Ultraviolettstrahlungs-Projektors oder der genannten optischen Fokus sierungseinrichtung in eine Richtung längs der optischen Achse der genannten optischen Fokussierungseinrichtung zur Änderung der Position eines durch die optische Fokussierungseinrichtung fokussierten Bildes relativ zu der genannten Belichtungs- bzw. Bestrahlungsoberfläche des genannten ultraviolettempfindlichen Materials;
und eine Fokussierungs-Steuerschaltung zur Bewertung von Raumfrequenzcharakteristiken entsprechend einem Ausgangssignal von der Muster-Detektiereinrichtung und zur Abgabe eines Antriebs-Steuersignals an die Antriebseinrichtung.
Die optische Fokussierungseinrichtung kann eine Gradientenindex-Linsenreihe oder eine Vielzahl von Linsen umfassen.
In vorteilhafter Weise kann die Anwendung ferner eine Bildverarbeitungseinrichtung umfassen, die an die Kathodenstrahlröhre Bilddaten entsprechend einem bestimmten Bild abgibt, wodurch das Bild auf der Belichtungsoberfläche des ultraviolettempfindlichen Materials durch den Ultraviolettstrahl gebildet werden kann, der von der Kathodenstrahlröhre emittiert wird, wenn die Bilddaten an diese abgegeben werden bzw. sind.
Somit kann das Bild, welches ein elektronisches Schaltungsmuster sein kann, auf der Belichtungsoberfläche des ultraviolettempfindlichen Materials (beispielsweise eines Trockenfilms, der auf eine auf einer Schaltungsplatte gebildete Überzugsschicht aufgebracht ist) gebildet werden, das mit dem von der Kathodenstrahlröhre emittierten Ultraviolettstrahl bestrahlt ist.
Bei einer Ausführungsform, bei der die Bilddaten einer großen Anzahl von Abschnitten eines bestimmten dreidimensionalen Bildes entsprechen, welches in einem bestimmten Teilungsschritt aufgeteilt ist, und bei der die genannte Bildverarbeitungseinrichtung so angeordnet ist, daß sie die dem jeweiligen Abschnitt entsprechenden Bilddaten sequentiell abgibt, umfaßt die Vorrichtung eine Abgabeeinrichtung, die an der Position eines durch die optische Fokussierungseinrichtung fokussierten Bildes aufeinanderfolgende Schichten des ultraviolettempfindlichen Materials abgibt, deren jede eine Dicke entsprechend dem genannten Teilungsschritt aufweist, wobei die betreffenden Schichten dadurch auszuhärten sind, daß sie der Belichtung durch den ultravioletten Strahl ausgesetzt werden, der von der genannten Kathodenstrahlröhre aufgrund der an diese erfolgten Abgabe der genannten Bilddaten emittiert wird, und zwar entsprechend den betreffenden Abschnitten des dreidimensionalen Bildes zu den betreffenden Abschnitten entsprechenden ausgehärteten Schichten, wodurch die den betreffenden Abschnitten entsprechenden ausgehärteten Schichten sequentiell zur Bildung eines Gegenstandes gestapelt werden können, der dem genannten bestimmten dreidimensionalen Bild entspricht.
Die Abgabeeinrichtung kann eine Lagereinheit für die Lagerung eines flüssigen ultraviolettempfindlichen Materials, eine vertikal bewegbare Hebeeinrichtung mit einem horizontalen Ständer, der in eine Position unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche des ultraviolettempfindlichen Materials bewegbar ist, welches im Gebrauch in der Lagereinheit gelagert ist, so daß die Flüssigkeit oberhalb des genannten Ständers die erste der genannten aufeinanderfolgenden Schichten aus ultraviolettem Material bildet,
eine Antriebseinrichtung für den schrittweisen Antrieb der Hebeeinrichtung
und eine Steuereinrichtung umfassen, welche die Antriebseinrichtung steuert, nachdem die jeweilige Schicht aus ultraviolettempfindlichem Material zu einer bestimmten ausgehärteten Schicht entsprechend einem bestimmten Abschnitt des genannten Bildes ausgehärtet ist, um die Hebeeinrichtung einen Schritt derart anzutreiben, daß die Flüssigkeit, die auf die genannte bestimmte ausgehärtete Schicht fließt, eine weitere Schicht aus ultraviolettempfindlichem Material bildet, welche zu einer gestapelten ausgehärteten Schicht entsprechend dem nächstfolgenden Abschnitt des genannten Bildes auszuhärten ist.
Das ultraviolettempfindliche Material kann ein flüssiges ultraviolettes Aushärteharz umfassen.
Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend anhand eines nicht beschränkenden Beispiels weiter beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung der Gesamtanordnung einer Vorrichtung zur Bildung eines optischen Bildes, mit der ein elektronisches Muster für eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird, wobei die betreffende Vorrichtung mit einem Ultraviolettstrahlungs-Projektor einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist,
Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung des Ultraviolettstrahlungs-Projektors einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 3 eine Ansicht zur Erläuterung der Gesamtanordnung einer Vorrichtung zur Bildung eines optischen Bildes, mit der ein dreidimensionales (3D)-Bild für eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet wird,
Fig. 4 eine vergrößerte Perspektivansicht von einigen Aufteilungsabschnitten eines 3D-Bildes, welches durch die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung zur Bildung eines optischen Bildes gebildet ist,
Fig. 5 ein Blockdiagramm der in Fig. 1 und 3 dargestellten Vorrichtung zur Bildung eines optischen Bildes unter Veranschaulichung des Fokussierungsmechanismus in der betreffenden Vorrichtung,
Fig. 6 eine Draufsicht einer Frontfläche einer Kathodenstrahlröhre mit einem Bereich zur Anzeige eines Musterbildes auf der Frontfläche der betreffenden Kathodenstrahlröhre und einem Bereich zur Anzeige eines Fokussierungs-Einstellmusterbildes in der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung,
Fig. 7A eine Darstellung zur Visualisierung eines Fokussierungseinstellungs-Musterbildes in der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung,
Fig. 7B ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Signals, welches von einem Fotodetektor in der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung abgegeben wird.
Nunmehr werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
Die Fig. 1 bis 3 veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform eines Ultraviolettstrahlungs-Projektors sowie eine bevorzugte Ausführungsform einer den betreffenden Ultraviolettstrahlungs-Projektor verwendenden Vorrichtung zur Bildung eines elektronischen Schaltungsmusterbildes.
Wie Fig. 1 veranschaulicht, umfaßt ein Ultraviolettstrahlungs-Projektor 1 eine Kathodenstrahlröhre 2 und als optisches Fokussierungssystem ein Projektionsobjektiv bzw. eine Projektionslinse 6.
Ein Front- bzw. Vorderseitenbereich 3 der Kathodenstrahlröhre 2 besteht vorzugsweise aus Glas mit einer hohen Durchlässigkeit für einen Ultraviolettstrahl. Das Glas ist beispielsweise eine konventionelle blaue oder weiße Glasplatte. Das Material für den Front- bzw. Vorderseitenbereich 3 weist vorzugsweise nahezu denselben linearen Ausdehnungskoeffizienten auf wie das Material des Trichterbereichs der Kathodenstrahlröhre.
Auf eine Leuchtstoff-Frontfläche 3a der Innenseite des Vorderseitenbereiches 3 ist ein Leuchtstoff 5 aufgebracht. Elektronen in dem Elektronenstrahl, der von einer Elektronenkanone 4 in der Kathodenstrahlröhre emittiert wird, kollidieren mit der Leuchtstoff-Frontfläche 3a, so daß der Leuchtstoff 5 einen Ultraviolettstrahl mit einer Wellenlänge von 450 nm oder weniger emittiert.
Die als optisches Fokussierungssystem dienende Projektionslinse 6 ist vor dem Vorderseitenbereich 3 angeordnet und umfaßt eine Kombination verschiedener Korrekturlinsen. Die Projektionslinse 6 besteht ebenfalls aus einem Material mit einer hohen Durchlässigkeit bezüglich des Ultraviolettstrahls. Dieses Material ist beispielsweise durch Quarzglas oder durch eine weiße Glasplatte gegeben.
Ein auf einer Austrittsfläche (Frontfläche) 3b des Frontbereiches 3 auftretendes Bildmuster eines Ultraviolettstrahls wird auf eine Projektionsfläche 7 an einer bzw. in eine (durch eine gestrichelte Linie mit zwei Punkten in Fig. 1 angedeutete) Stelle fokussiert, die von der Projektionslinse 6 um eine Brennweite in Abstand vorgesehen ist. Wenn ein ulltraviolettempfindliches Material, das heißt ein Kunstharz 8 (nachstehend als lichtempfindliches Harz bezeichnet), welches auf Bestrahlung mittels eines Ultraviolettstrahls mit einer Wellenlänge von 450 nm oder weniger aushärtet oder zerfällt, auf der Projektionsfläche 7 angeordnet ist, dann wird eine Belichtungsfläche 8a des lichtempfindlichen Harzes 8 so belichtet, daß es ein gewünschtes Bildmuster aufweist.
Die Vergrößerung der Projektionslinse 6 ist auf einen passenden Wert, das heißt auf etwa 1/2 bis zum Mehrfachen unter Berücksichtigung der Helligkeit und Auflösung der Kathodenstrahlröhre 2 festgelegt.
Das lichtempfindliche Harz 8 wird stets unter der Bedingung belichtet, daß es von der Projektionslinse 6 separat gehalten wird. Aus diesem Grunde ist das lichtempfindliche Harz 8 frei vom Einfluß der Oberflächengenauigkeit der Projektionslinse 6 und es ist nicht an der Projektionslinse 6 angebracht.
Eine Vorrichtung 9 (Fig. 1) zur Bildung eines elektronischen Schaltungsmusterbildes, die den Ultraviolettstrahlungs- Projektor 1 als ihre Lichtquelle aufweist, kann als eine Vorrichtung zur Bildung eines Trockenfilmmusters verwendet werden, welches bei der Herstellung gedruckter Schaltungsplatten verwendet wird.
Die ein elektronisches Schaltungsmusterbild bildende Vorrichtung 9 umfaßt einen Bildprozessor 10, der als Haupteinheit in einem sogenannten CAD-System (das ist ein computerunterstütztes Entwurfs- bzw. Design-System), und eine Steuereinrichtung 11 ist zwischen dem Bildprozessor 10 und der in der Kathodenstrahlröhre 1 befindlichen Elektronenkanone 4 angeordnet. Die Daten, welche irgendeinem elektronischen Schaltungsmuster entsprechen, das durch den Bildprozessor 10 gestaltet worden ist, wird über die Steuereinrichtung 11 an die Elektronenkanone 4 als Videosignal abgegeben. Ein gewünschtes elektronisches Schaltungsmusterbild wird auf die Projektionsfläche 7 durch den Ultraviolettstrahlungs-Projektor 1 projiziert.
Ein Arbeitstisch 12 ist nahe der Projektionsfläche 7 vorgesehen, und eine Schaltungsplatte 13 wird dem Arbeitstisch 12 zugeführt. Auf einer Oberfläche der Schaltungsplatte 13 ist eine Überzugsschicht 14 gebildet. Ein Trockenfilm 15, bestehend aus dem lichtempfindlichen Harz mit einer bestimmten Dicke, ist auf der Überzugsschicht 14 gebildet.
Der Trockenfilm 15 kann mittels eines Ultraviolettstrahles bestrahlt werden, um ein Bildmuster zu erhalten, welches dem durch den Bildprozessor 10 gestalteten elektronischen Schaltungsmuster entspricht. Der bei dem konventionellen Verfahren erforderliche Maskenfilm kann weggelassen bzw. eleminiert werden. So kann beispielsweise ein durch das CAD-System gestaltetes Schaltungsmuster unmittelbar als Probe hergestellt werden, und die Probe kann zugleich ohne weiteres bewertet werden.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Ultraviolettstrahlungs-Projektors,. Bei dieser Ausführungsform ist das optische Fokussierungssystem des Ultraviolettstrahlungs- Projektors 1 durch eine Linsenreihe ersetzt.
Ein in Fig. 2 dargestellter Ultraviolettstrahlungs-Projektor 1A umfaßt eine Gradientenindex-Linsenreihe 16 als optisches Fokussierungsglied zum Fokussieren eines auf einer Frontfläche 3b der Kathodenstrahlröhre 2 erscheinenden Bildes auf eine Projektionsfläche 7. Ein von der Frontfläche 3b emittierter Ultraviolettstrahl wird durch die Linsenreihe 16 kollimiert, und der kollimierte Strahl wird auf die Projektionsfläche 7 projiziert.
Wenn diese Linsenreihe 16 benutzt wird, ist die Vergrößerung auf eine einfache Vergrößerung fixiert. Da die Strecke zwischen der Frontfläche 3b und der Projektionsfläche 7 verkürzt werden kann, kann jedoch die Vorrichtung insgesamt kompakt ausgebildet werden.
Wenn bezüglich einer engen Positionsbeziehung zwischen der Projektionsfläche 7 und der Frontfläche 3b der Kathodenstrahlröhre 2 eine nachteilige Beeinflussung des lichtempfindlichen Harzes erwartet wird, kann ein passendes Filterglied zwischen der Linsenreihe 16 und der Kathodenstrahlröhre 2 oder zwischen der Linsenreihe 16 und der Projektionsfläche 7 angeordnet werden, um mit Ausnahme der Ultraviolettkomponenten unnötige Komponenten (z. B. Röntgenstrahlen) zu eliminieren.
Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform einer den Ultraviolettstrahlungs-Projektor 1 verwendenden Vorrichtung zur Bildung eines 3D-Bildes.
Eine in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung 17 zur Bildung eines 3D-Bildes umfaßt den Ultraviolettstrahlungs-Projektor 1, einen Harz-Lagertank 18 und eine Hebeeinrichtung 20. Ein geschmolzenes lichtempfindliches Harz (Flüssigkeit) 19 ist in dem Harz-Lagerbehälter bzw. -tank 18 gelagert.
Die Hebeeinrichtung 20 weist einen horizontalen plattenartigen Ständer 21 auf, der am unteren Endbereich der Hebeeinrichtung 20 festgelegt ist. Ein Mutternteil 22 ist an dem oberen Endteil der Hebeeinrichtung 20 fixiert. Das Mutternteil 22 steht gewindemäßig mit einer Förderschraube bzw. - spindel 24 in Eingriff, die durch einen Schrittmotor 123 gedreht wird. Auf die Drehung der Förderspindel 24 hin wird das Mutternteil 22 weiterbewegt, wodurch die Hebeeinrichtung 20 in vertikaler Richtung schrittweise verschoben wird. Der Ständer 21 befindet sich in dem lichtempfindlichen Harz 19, welches in dem Harzlagertank 18 gelagert ist.
Der Ultraviolettstrahlungs-Projektor 1 ist so festgelegt, daß ein von einer Frontfläche 3b einer Kathodenstrahlröhre 2 abgegebenes Bildmuster auf eine Flüssigkeitsfläche 19a des lichtempfindlichen Harzes 19 in dem Harzvorratstank 18 fokussiert ist.
Die Vorrichtung 17 zur Bildung eines 3D-Bildes umfaßt ferner eine Bildprogrammiereinheit (Bildprozessor) 25, eine Steuereinrichtung 26, einen Anzeigeeinrichtungstreiber 27 und eine Motorantriebsschaltung 28.
Die 3D-Programmiereinheit 25 ist durch ein CAD-System gebildet, und zwar in derselben Weise wie beim Bildprozessor 10. Die eine große Anzahl von Abschnitten festlegenden Daten werden so erhalten, daß ein durch die 3D-Programmiereinheit 25 gestaltetes 3D-Bild in Abschnitte mit einer bestimmten Teilung (nachstehend als Teilungsabstand bezeichnet) in einer Richtung des steroskopischen Bildes unterteilt ist. Diese Daten werden an die Steuereinrichtung 26 in Form von Videosignalen abgegeben, und die Videosignale werden an eine Elektronenkanone 4 der Kathodenstrahlröhre 2 abgegeben.
Die Motorantriebsschaltung 28 erhält ein Steuersignal von der Steuereinrichtung 26 her und gibt bestimmte Phasenerregungssignale an den Schrittmotor 23 ab. Obwohl nicht dargestellt, ist ein Sensor so angeordnet, daß er eine Position der Hebeeinrichtung 20 ermittelt. Ein Positionsdetektiersignal von dem Sensor her wird an die Steuereinrichtung 26 abgegeben, wodurch die Position der Hebeeinrichtung 20 gesteuert wird.
Im Bildformungsbetrieb wird eine Anfangsposition der Hebeeinrichtung 20 in eine Position verschoben, in der das foto- bzw. lichtempfindliche Harz 19 auf dem Ständer 21 derart vorhanden ist, daß es eine Dicke entsprechend einem Teilungsabstand hat. Zugleich wird ein den Daten des ersten Unterteilungsabschnitts innerhalb einer großen Anzahl von Unterteilungsabschnitten entsprechende Bildmuster auf die flüssige Oberfläche 19a des lichtempfindlichen Harzes 19 durch den Ultraviolettstrahlungs-Projektor 1 projiziert. Das auf dem Ständer 21 befindliche lichtempfindliche Harz 19 wird mit einem Muster belichtet, welches dem ersten Teilungsabschnitt entspricht, um eine plattenartige ausgehärtete Schicht 29&sub1; zu bilden, wie dies in Fig. 4 veranschaulicht ist.
Die Hebeeinrichtung 20 wird dann um einen Teilungsabschnitt abwärts bewegt, und das lichtempfindliche Harz 19 fließt auf die ausgehärtete Schicht 291 in einer Dicke, die einem Teilungsabstand entspricht. In diesem Zustand wird ein den Daten des zweiten Unterteilungsabschnitts entsprechendes Bildmuster projiziert, und das lichtempfindliche Harz wird mit einem dem zweiten Unterteilungsabschnitt entsprechenden Muster belichtet. Danach ist auf der ausgehärteten Schicht 291 eine plattenartige ausgehärtete Schicht 292 gebildet.
Wie in Fig. 4 veranschaulicht, werden die Abwärtsbewegung der Hebeeinrichtung 20 um jeweils einen Teilungsabschnitt und die Belichtung des lichtempfindlichen Harzes 19 mit einem entsprechenden Abschnitt der Unterteilungsabschnitte wiederholt, um nacheinander eine große Anzahl von ausgehärteten Schichten 29&sub1;, 29&sub2;, 29&sub3;,...29n-1, 29&sub3;,...29n-1, 29n auf dem Ständer 21 übereinanderzuschichten bzw. zu stapeln. Demgemäß wird jegli ches durch den Bildprozessor 25 gestaltetes 3D-Bild 30 gebildet.
In der ein elektronisches Schaltungsmusterbild bildenden Vorrichtung 9 und der 3D-Bildformungsvorrichtung 17 ist es wichtig, ein auf der Frontfläche der Kathodenstrahlröhre 2 gebildetes Bildmuster auf die Belichtungsfläche in einem fokussierten Zustand zu fokussieren.
Die Fig. 5 bis 7 veranschaulichen den Fokussierungsmechanismus zur Autofokuseinstellung bei den in Fig. 1 bis 3 veranschaulichten Ausführungsformen.
Wie in Fig. 5 veranschaulicht, sind die Einstellfaktoren zur Vornahme einer Fokussierungseinstellung in dem Ultraviolettstrahlungs-Projektor 1 eine Entfernung l&sub1; zwischen der Projektionslinse 6 und dem Frontbereich 3 der Kathodenstrahlröhre 2 sowie eine Entfernung bzw. Strecke l&sub2; zwischen der Projektionslinse 6 und der Belichtungsfläche 8a oder 19a. Bei einem in dieser Ausführungsform veranschaulichten Fokussierungsmechanismus 31 wird der Abstand bzw. die Strecke l&sub2; eingestellt, während der Abstand bzw. die Strecke l&sub1; unverändert gehalten wird.
Der in Fig. 5 dargestellte Fokussierungsmechanismus 31 umfaßt Antriebsmechanismen 32 und 32' als Bewegungseinrichtung. Die Antriebsmechanismen 32 und 32' umfassen Motoren 32a bzw. 32a' sowie Ausgangslagen-Sensoren 32b und 32b' zur Ermittlung der Ausgangs- bzw. Ursprungspositionen in der vertikalen Richtung des Ultraviolettstrahlungs-Projektors 1. Der Ultraviolettstrahlungs-Projektor 1 wird durch die Antriebsmechanismen 32 und 32' in einer Richtung rechtwinklig zur Belichtungsoberfläche 8a, (19a) angetrieben.
Wie in Fig. 6 veranschaulicht, wird ein bestimmtes Bildmuster in einem Bereich 33a eines Bereiches 33 auf der Frontfläche 3b angezeigt; ausgenommen ist ein Umfangsbereich 33b des Bereiches 33. Der Bereich 33a wird als effektiver Bereich zur Bildung eines elektronischen Schaltungsmusters oder eines 3D- Bildmusters genutzt.
In dem Umfangsbereich 33b des Bereiches 33 werden Fokussierungseinstellungs-Musterbilder 34 und 34' in Querpositionen angezeigt, zwischen denen der Bereich 33a eingefügt ist. Die Mustersignale für die Fokussierungseinstellungs-Musterbilder 34 und 34' werden von einer Testsignal-Abgabeeinrichtung abgegeben, die in der 3D-Bildprogrammiereinheit 25 angeordnet ist. Die Fokussierungseinstellungs-Musterbilder 34 und 34' sind als ein bestimmtes Raumfrequenz-Meßmusterbild im ultravioletten Bereich oder als Raumfrequenz-Meßmusterbild in einem bestimmten Bereich gebildet. Wie in Fig. 7A veranschaulicht, weist das Raumfrequenz-Meßmusterbild (Fokussierungseinstellungs-Musterbild) 34 Bereiche 34a, die jeweils eine hohe ultraviolette Intensität aufweisen, und Bereiche 34b auf, die jeweils eine geringe ultraviolette Intensität aufweisen. Die Bereiche 34a und 34b sind abwechselnd bei verminderten Teilungen in einer durch einen Pfeil in Fig. 7A bezeichneten Richtung gebildet. Die Fokussierungseinstellungs- Musterbilder 34 und 34' werden innerhalb des bestimmten Bereiches des Umfangsbereiches 32b durch Rasterabtastung bewegt.
Der Fokussierungsmechanismus 31 umfaßt ferner Fotodetektoren und 35', die an äquivalenten Positionen zu der Belichtungsfläche 8a oder 19a liegen, Halbspiegel 36 und 36', welche die Fokussierungseinstellungs-Musterbilder 34 und 34' zu den Fotodetektoren 35 bzw. 35' hin leiten, Schlitze (oder Nadellöcher) 37 und 37', die zwischen den Halbspiegeln 36 und 36' und den Fotodetektoren 35 und 35' liegen, und eine Fokussierungssteuerschaltung 43.
Die Fokussierungseinstellungs-Musterbilder 34 und 34' erreichen die Fotodetektoren 35 bzw. 35' durch die Halbspiegel 36 bzw. 36' und die Schlitze 37 bzw. 37'. Ein Ausgangssignal von dem Fotodetektor 35 oder 35' weist eine Amplitude auf, die vermindert ist, wenn die Intensitätsteilung des Fokussierungseinstellungs-Musterbildes 34 oder 34' vermindert ist (das heißt dann, wenn die Raumfrequenz erhöht ist), wie dies in Fig. 7B veranschaulicht ist.
Die Detektoren 38 und 38' umfassen (obwohl lediglich ein Detektor 38 mit einem Fotodetektor 35 in Fig. 5 als verbunden dargestellt ist und die Anordnung des anderen Detektors 38' dieselbe ist wie jene des einen Detektors 38) einen Vorverstärker 39 zur Verstärkung des Signals von dem Fotodetektor her, einen Hüllkurvendetektor 40, der am Ausgang des Vorverstärkers 39 angeschlossen ist, einen Analog-/Digital- (A/D)-Wandler 41 zur Umsetzung eines Signals von dem Hüllkurvendetektor 40 in ein digitales Signal und einen Spitzenwertdetektor 42, der am Ausgang des A/D-Wandlers 41 angeschlossen ist. Ein Ausgangssignal von dem Spitzenwertdetektor 42 wird der Fokussierungssteuerschaltung 43 zugeführt.
Das Ausgangssignal von dem Fotodetektor 35 wird mittels des Vorverstärkers 39 einer Vorverstärkung unterzogen, und die Hüllkurve des verstärkten Signals wird durch den Hüllkurven detektor 40 erhalten. Der Analogwert wird mittels des A/D- Wandlers 41 in ein digitales Signal umgesetzt. Der Spitzenwert des digitalen Signals wird durch den Spitzenwertdetektor 42 ermittelt. Demgemäß wird der Fokussierungszustand durch die Beziehung zwischen der Raumfrequenz und dem Maß der Amplitudenmodulation bestimmt, das heißt einem Amplitudengang auf der Grundlage der Spitzenwert-Daten.
Die Fokussierungssteuerschaltung 43 gibt ein Steuersignal an eine Motorantriebsschaltung 44 in Übereinstimmung mit einem ermittelten Fokussierungszustand ab, und die Motoren 32a und 32a' werden unabhängig gesteuert und in Drehung versetzt.
Die Fokussierungssteuerschaltung 43 arbeitet auf ein Fokussierungs-Einstellungs-Startkommando von dem Bildprozessor 10 oder der 3D-Bildprogrammiereinheit 25 über eine Schnittstellenschaltung 25 hin. Die Fokussierungssteuerschaltung 43 hält die Abgabe des Steuersignals an die Motorantriebsschaltung 44 solange aufrecht, bis die die Ursprungspositionen repräsentierenden Detektiersignale von den Ausgangsstellungs-Sensoren 32b und 32b' eingegeben werden. Demgemäß werden die Antriebsmechanismen 32 und 32' durch die Motoren 32a bzw. 32a' derart betrieben, daß der Ultraviolettstrahlungs-Projektor 1 veranlaßt wird, in die Ausgangsposition zurückzukehren.
Wenn ein Belichtungsvorgang gestartet wird, wird der Ultraviolettstrahlungs-Projektor 1 in die Ausgangsposition bewegt, und sodann werden die Fokussierungseinstellungs-Musterbilder 34 und 34' auf der Frontfläche 3b der Kathodenstrahlröhre 2 durch die Anzeigetreibereinrichtung 27 angezeigt. Die Motoren 32a und 32a' werden derart in Drehung versetzt, daß der Ultraviolettstrahlungs-Projektor 1 sich zur Belichtungsfläche 8a oder 19a hin bewegt. Zugleich wird der Abstand 12 eingestellt, bis eine Reaktion auf eine Hochfrequenzkomponente bzw. hochfrequente Komponente durch die Detektoren 38 und 38' und die Fokussierungssteuerschhaltung 43 maximiert ist. Wenn ein Maximalpunkt der Reaktion bzw. des Ansprechens auf eine Hochfrequenzkomponente ermittelt ist, das heißt dann, wenn ein Fokussierungszustand ermittelt ist, wird der Antrieb der Motoren 32a und 32a' stillgesetzt, und ein bestimmtes Bildmuster wird im Bereich von 33a der Kathodenstrahlröhre 2 angezeigt. Danach wird stets eine Korrektur bezüglich geringfügiger Veränderungen im Fokussierungszustand unter Überwachung durch die Fotodetektoren 38 und 38' vorgenommen.
Die obigen Fokussierungseinstellvorgänge werden unabhängig vorgenommen, und zwar auf der Basis der beiden Fokussierungseinstellungs-Musterbilder 34 und 34', die auf der Frontfläche 3b der Kathodenstrahlröhre 2 angezeigt werden. Zugleich wird auch die Neigung des Ultraviolettstrahlungs-Projektors 1 in bezug auf eine horizontale Ebene eingestellt.
Die Fokussierungseinstellungsmuster 34 und 34' sind nicht auf die oben beschriebenen besonderen Muster beschränkt, sondern sie können vielmehr durch Musterbilder mit festen Raumfrequenzen ersetzt werden, das heißt durch Musterbilder, die mit Bereichen hoher und niedriger ultravioletter Intensität in bestimmten Abständen bzw. Teilungen gebildet sind. Da die Amplitudenwerte der Ausgangssignale mit einem bestimmten Referenzwert verglichen werden, ist es in diesem Falle jedoch ärgerlicherweise notwendig, (durch die Betriebszeit oder dergleichen hervorgerufene) Änderungen in der ultravioletten Intensität der Kathodenstrahlröhre zu korrigieren. Im Gegensatz dazu kann in dem Fall, daß die genannten Raumfrequenz- Musterbilder verwendet werden, die sich innerhalb des bestimmten Bereiches ändern, ein relatives Ansprechverhalten in bezug auf eine gegebene Raumfrequenz erzielt werden, und die obige Korrektur kann eliminiert werden, was die Fokussierungseinstellung erleichtert.
Um bei dieser Ausführungsform eine Fokussierungseinstellung vorzunehmen, wird lediglich der Abstand l&sub2; zwischen der Projektionslinse 6 und der Belichtungsfläche 8a oder 19a eingestellt. Die Projektionslinse 6 kann indessen relativ zur Kathodenstrahlröhre 2 oder der Belichtungsfläche 8a oder 19a bewegt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Bildung eines optischen Bildes, mit einem Ultraviolettstrahlungs-Projetor (1, 1A), der eine Kathodenstrahlröhre (2) mit einer Leuchtstoff-Frontfläche (3a) aufweist, auf die ein Leuchtstoff aufgebracht ist, der in dem Fall, daß er auf die Kollision von Elektronen von einer Elektronenkanone (4) erregt ist, einen Ultraviolettstrahl mit einer Wellenlänge von nicht mehr als 450 nm emittiert, und mit einer optischen Fokussierungseinrichtung (6,16), die so angeordnet ist, daß sie einen von der Leuchtstoff-Frontfläche (3a) emittierten Ultraviolettstrahl aufnimmt und ihn auf eine Bestrahlungsoberfläche (8a, 19a) eines ultraviolettempfindlichen Materials (8, 15, 19) fokussiert, welches im Gebrauch in der Vorrichtung derart angeordnet ist, daß die genannte optische Fokussierungseinrichtung (6, 16) von der genannten Bestrahlungsoberfläche (8a, 19a) getrennt gehalten ist, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtung ferner umfaßt:

eine Testsignal Abgabeeinrichtung (10, 25) zur Abgabe eines Raumfrequenz-Meßmustersignals an die genannte Kathodenstrahl röhre (2);

eine Muster-Detektiereinrichtung (38, 38') zur Ermittlung des von der genannten Kathodenstrahlröhre (2) emittierten Raumfrequenz-Meßmusterbildes (34, 34');

eine Antriebseinrichtung (32, 32') zur Bewegung des genannten Ultraviolettstrahlungs-Projektors (1, 1A) oder der genannten optischen Fokussierungseinrichtung (6, 16) in eine Richtung längs der optischen Achse der genannten optischen Fokussierungseinrichtung zur Änderung der Position eines durch die optische Fokussierungseinrichtung fokussierten Bildes relativ zu der genannten Bestrahlungsoberfläche (8a, 19a) des genannten ultraviolettempfindlichen Materials (8, 19;)

und eine Fokussierungs-Steuerschaltung (43) zur Bewertung von Raumfrequenzcharakteristiken entsprechend einem Ausgangssignal von der Muster-Detektiereinrichtung (38, 38') und zur Abgabe eines Antriebs-Steuersignals an die Antriebseinrichtung (32, 32').

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die genannte optische Fokussierungseinrichtung eine Gradientenindex-Linsenreihe (16) mit einem bestimmten Brechungsindex umfaßt.

3. Vorrichtung (9) nach Anspruch 1 oder 2, umfassend ferner eine Bildverarbeitungseinrichtung (10, 25), die an die Kathodenstrahlröhre (2) Bilddaten entsprechend einem bestimmten Bild abgibt, das auf der Bestrahlungsoberfläche (8a, 19a) des ultraviolettempfindlichen Materials zu bilden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das genannte Bild ein elektronisches Schaltungsmuster ist.

5. Vorrichtung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das genannte ultraviolettempfindliche Material (8) in der Vorrichtung angeordnet ist und einen Trockenfilm (15) umfaßt, der auf eine Metallschicht aufgebracht ist, welche auf einer Schaltungsplatte gebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei die genannten Bilddaten einer Folge von Abschnitten in einer bestimmten Verschiebungsteilung einer bestimmten dreidimensionalen Form entsprechen, und wobei die genannte Bildverarbeitungseinrichtung so angeordnet ist, daß die dem jeweiligen aufeinanderfolgenden Abschnitt entsprechenden Bilddaten sequentiell abgegeben werden,

wobei die Vorrichtung eine Abgabeeinrichtung umfaßt, die an der Position eines durch die optische Fokussierungseinrichtung fokussierten Bildes aufeinanderfolgende Schichten des ultraviolettempfindlichen Materials (19) abgibt, deren jede eine Dicke entsprechend dem genannten Teilungsschritt aufweist, wobei die betreffenden Schichten dadurch auszuhärten sind, daß sie dem ultravioletten Strahl ausgesetzt werden, der von der genannten Kathodenstrahlröhre (2) aufgrund der an diese erfolgten Abgabe der genannten Bilddaten emit tiert wird, und zwar entsprechend aufeinanderfolgenden Abschnitten zu den jeweiligen Abschnitten entsprechenden gestapelten ausgehärteten Schichten (29...,29n)

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die genannte Abgabeeinrichtung umfaßt: eine Lagereinheit (18) für die Lagerung eines flüssigen ultraviolettempfindlichen Materials (19);

eine vertikal bewegbare Hebeeinrichtung (20) mit einem horizontalen Ständer (21), der in eine Position unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche (19a) des ultraviolettempfindlichen Materials (19) bewegbar ist, welches im Gebrauch in der Lagereinheit (18) gelagert ist, so daß die Flüssigkeit oberhalb des genannten Ständers die erste der genannten aufeinanderfolgenden Schichten aus ultraviolettempfindlichem Material bildet;

eine Antriebseinrichtung (23) für den schrittweisen Antrieb der Hebeeinrichtung (20);

und eine Steuereinrichtung (26, 28) zur Steuerung der Antriebseinrichtung (23), nachdem jede Schicht aus ultraviolettempfindlichem Material zu einer bestimmten ausgehärte ten Schicht (29n) entsprechend einem bestimmten Abschnitt des genannten Bildes ausgehärtet ist, um die Hebeeinrichtung (20) einen Schritt derart anzutreiben, daß die Flüssigkeit, die auf die genannte bestimmte ausgehärtete Schicht fließt, eine weitere Schicht aus ultraviolettempfindlichem Material bildet, welche zu einer gestapelten ausgehärteten Schicht (29n+1) entsprechend dem nächstfolgenden Abschnitt des genannten Bildes auszuhärten ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das genannte ultraviolettempfindliche Material in der Vorrichtung angeordnet und durch ein flüssiges ultraviolettes Aushärteharz (19) gebildet ist.

9. Verfahren zur Anwendung einer Vorrichtung (9) nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Anordnung von ultraviolettempfindlichem Material in der Vorrichtung und die Abgabe von einem bestimmten Bild entsprechenden Bilddaten an die Kathodenstrahlröhre (2), um auf der Bestrahlungsoberfläche (8a, 19a) des ultraviolettempfindlichen Materials (8, 15, 19) das Bild zu bilden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die genannten Bilddaten einer großen Anzahl von Abschnitten eines dreidimensionalen Bildes entsprechen, welches in einem bestimmten Teilungsschritt aufgeteilt ist,

umfassend das Anordnen von aufeinanderfolgenden Schichten aus ultraviolettempfindlichem Material (19) jeweils in einer Dikke, die dem genannten Teilungsschritt entspricht, auf der genannten Bestrahlungsoberfläche,

Abgabe der Bilddaten, die einem Abschnitt der Abschnitte des genannten dreidimensionalen Bildes entsprechen, an die Kathodenstrahlröhre für jede Schicht der genannten aufeinanderfolgenden Schichten, um die jeweilige aufeinanderfolgende Schicht zu einer ausgehärteten Schicht (29,... 29n) entsprechend dem jeweiligen Abschnitt der Abschnitte des genannten dreidimensionalen Bildes zur Bildung eines dem genannten bestimmten dreidimensionalen Bild entsprechenden Objekts auszuhärten.