JP2532101B2 - 照度分布補正用透過型フィルタ - Google Patents

照度分布補正用透過型フィルタ

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JP2532101B2 JP62154624A JP15462487A JP2532101B2 JP 2532101 B2 JP2532101 B2 JP 2532101B2 JP 62154624 A JP62154624 A JP 62154624A JP 15462487 A JP15462487 A JP 15462487A JP 2532101 B2 JP2532101 B2 JP 2532101B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、結像光学装置の結像部における照度むらを
補正するための透過型フィルタに関するものである。
(従来技術) 従来から原画フィルムの複写を行なう電子写真複写装
置やファクシミリ装置等の結像光学装置においては、原
画や物体等の画面が一様に照明されていると、その結像
面での輝度はCOS4乗則に従って、光学から離れている程
低下し、照度むら(露光むら)を生じてしまうことが知
られている。
そこで従来は、照明される原画を結像面に結像させる
結像レンズと結像面との間、または原画と結像レンズと
の間に、光軸を含む近傍部を密に、周辺に行くに従って
粗となるような不透明斑点を透明基板状に備える透明型
フィルタを配置し、結像面上の照度むらの補正を行なっ
ていた。
ところが上述の如き透明基板上に不透明斑点を有する
フィルタを製造するには、ただ出鱈目に不透明斑点を蒸
着またはエッチングするのではなく、計算により求めら
れた透過率に合致するよう不透明斑点を設けなければな
らないので、現在の工作技術としては一般に写真製版が
あるが、精度が望めず、また精度を上げるためにはICま
たはLSI製造用としてのフォトエッチングが考えられる
が、コストの高い物になってしまうという問題点があっ
た。その上製造誤差もエッチング及び蒸着時に必ずでて
しまうものであり、その値も結構大きいので、製品精度
があまり良くないという問題点もあった。
(目的) 本発明の目的は、極めて精度が良く、安価に製造し得
る照度分布補正用の透過型フィルタを提供することにあ
る。
(構成) 本発明の照度分布補正用透過型フィルタは上記目的を
達成するために、照明される原画を結像面に結像させる
結像レンズと前記結像面との間、または前記原画と前記
結像レンズとの間に配置され、前記結像面上の照度むら
を補正するための透過型フィルタであって、該フィルタ
は同心円状に区切られる複数の環状部を有し、前記各環
状部は放射状に整数分割される区画を面積領域として有
し、前記各区画は、前記各環状部に応じた所定の透過率
となるように、前記フィルタの軸心を中心とした区切線
により透明部と不透明部とに区分されていることを特徴
としている。
以下本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
第1図は本発明の一実施例を示す照度分布補正用透過
型フィルタの概略正面図であり、該フィルタ200は結像
光学装置内の結像レンズと原画との間に、フィルタ200
と結像レンズの入射瞳との間の距離が50mmとなるように
配置されている。
ここで本実施例のフィルタ200が従来の不透明斑点と
透明部分とよりなるフィルタと違う点は、第1図より明
らかなように、同心円状に区切られる複数の環状部52,5
3,54,55,56を有し、該各環状部52〜55は放射状に整数分
割される区画をそれぞれ備え、前記各区画は前記各環状
部の所定の透過率となるように、前記フィルタの軸心を
中心とした区画線により透明部と不透明部とに区分され
ている、すなわち例えば環状部52において説明するなら
ば、白地よりなる透明部分52aと黒地よりなる不透明部
分52bとに区分されている点である。
なお、第1図においては、区画の形成された環状部全
体をあらわすと図が非常に繁雑となるために、フィルタ
の1部のみを破断して示しているが、実際には環状部52
〜56は円形に形成され、透明部、不透明部も図示されて
いる間隔毎に円周上に全て設けられている。
このように透明型フィルタ200の各環状部の区画は放
射状に整数分割され、所定の透過率となるように不透明
部分がマスキングされており、その透過率は、一秒単位
よりなる1つの透明部分の中心角となる分子を、一秒単
位よりなる1つの区画の部分の中心角となる分母で除し
た値となるよう、すなわち第1図の環状部52において説
明するならば、中心角ψを中心角ψで除した値とな
るように決定されているので、秒単位に回転し得る製版
装置、例えばロータリーエンコーダー用ディスク製作装
置を用いることにより、容易に原版が製作され得る。ま
た上記装置は入力のみで自動運転が可能なため省略化が
図れると共に、従来の製版時の人為ミスがないため精度
も非常に高い。
このように本発明のフィルタは従来に比べ、製造コス
トを極端に下げしめることが可能となっている。
因に前述の如く区画は整数分割され、360゜は360×60
×60=1296000″であり素因数分解を行なうと27×34×5
3となるので、少なくとも透過率を決定する分母、すな
わち区画1個当りの素因数は2i×3j×5k(i=0〜7、
j=0〜4、k=0〜3の整数)とならなければならな
いというのは言うまでもない。
そしてエッチングを行なうと区画1個当り±1μm程
度の誤差が必ず出てしまうものなので、本実施例におい
ては、区画1個当りの透明部または不透明部の小さい方
の最小円弧、例えば環状部52においては、透明部52a中
心側の円弧長さYを25μm以上としており、エッチング
時の誤差を±4%以内に押さえられるようにしている。
このように本実施例の透過型フィルタは、ロータリー
エンコーダー用ディスク製作装置で原版を作成すること
により、その原版製作時の誤差が極力押さえられ、かつ
安価に製作し得るようになっている。
因に軸心部51と各環状部52,53,54,55,56の透過率及び
その半径は以下の領域で決定が行なわれる。
まずフィルタ200光軸上の有効瞳径D1内の環状部の透
過率を任意に決定し、その半径を計算により決定する。
次に有効瞳径D1の外の環状部の透過率を中心から外方に
向かって順次決定していき、その半径も上述と同様なる
方法にて順次仮決定していく。そして光軸及び光軸から
ずれた各位置における透過率を計算によりそれぞれ求め
る。例えば環状部R(1),R(2),R(3),‥‥R
(6)よりなるフィルタ101と点線で示される有効瞳12
とが第2図に示されるような位置関係にある場合には、
それぞれの位置関係毎に場合分けをして各透過率比Q
(I)を求める。ここでその場合分けは以下の3通りに
大別される。
まず有効瞳径Dmの半径、I番目の同心円R(I)の半
径、I番目の透過率及び透過率比をそれぞれrm、r
(I)、T(I)、Q(I)とし、有効瞳Dmの軸心Oと
フィルタの軸心OAとが第3図に示される如く距離x離れ
ていて、rm−x≧r(I)の関係式が成り立つならば、
I番目での透明率比Q(I)は以下の式で求められる。
Q(I)=〔πr(I)−S(I−I)〕×T(I)
/πm 2、ここでS(I−1)は円R(I−1)で囲まれ
る面積。
次に第4図に示される如く rm−x<r(I)<rm+x が成り立つ場合のQ(I)は以下のようにして求められ
る。R(I−1)とDmとで囲まれる面積をS(I−1)
として軸心Oと軸心OAとの距離xがα離れているとする
と、 円R(I)はx2+y2=r(I) 円Dmは(x−α)+y2=rm 2 であらわされるので、R(I)とDmとの交点P,P′のX
座標値βは β=(α+r(I)−rm 2)/2αであらわされる。
そして交点P、P′とx軸とのなす角度をそれぞれθ,
θ′とすると θ=COS-1[β/r(I)] θ′=COS-1[(α−β)/rm] ここで扇形OA−P−P′と扇形O−P−P′の面積をそ
れぞれS,S′とすると S=θ×r(I)−β×r(I)×SINθ S′=θ′×rm 2−(α−β)×rm×SINθ′ よって透過率比Q(I)は、 Q(I)=[S+S′−S(I−1)]×T(I)/π
rm 2となる。
次に第5図に示される如く rm+x<r(I) rm−x<r(I)が成り立つ場合のQ(I)はDmとR
(I−1)とで囲まれる面積をS(I−1)とすると Q(I)=〔πrm 2−S(I−1)〕×T(I)/πrm 2
となる。
以上のように場合分けされたQ(I)を加算すれば、
すなわち同心円がn個ある場合には を行なえば任意の位置における等倍時の透過率Txがわか
ることになる。
ところで任意の位置xでの照度の誤差Δxの計算式
は、任意倍率mで、光軸からx離れた点を投影する時の
フィルタの透過率をTmx、光軸上の透過率をTm0、原画11
と入射瞳10との距離をLmとすると Δx=[{(x/Lm)+1}−Tmx/Tm0]×100(%)
で求められ、等倍の場合にはm=1とした値を代入すれ
ばΔxが求められるようになっている。
よってこの式に上述の如くして求められた等倍時のx
の位置における透過率T1x及び等倍時の光軸上の透過率 を代入すれば任意の位置の誤差Δxが求められることに
なる。なお上記Xmaxは物体の最大高さを、L1は入射瞳と
物体との間の距離をそれぞれあらわしている。
そしてその結果が目標許容値、本実施例においては±
6%としているが、それ以内にない場合にはフィルタ上
の有効瞳径D1の外の環状部の透過率及び半径を変えてみ
て再度計算を行ない、許容値範囲内に入るまで今置まで
の手順を繰り返し、許容値内に収まる場合には、次に進
み、結像レンズ及びフィルタを共に光軸上でずらす、す
なわち変倍させる場合についての検討を行なう。これは
変倍させるとDmがそれに応じて変化するので、それに応
じて変化した値を上述のΔxを求める式に代入して求め
れば良く、目標許容値(±6%)以内にあればそれで良
しとし、許容値範囲外の場合には、最初に戻り、有効瞳
径内の同心円の透過率及び半径をそれぞれ決定し直し、
以下は前述と同様な手順により各位置における透過率を
決定していき、等倍時、変倍時における許容値範囲内に
誤差が収まるようになるまで同様な手順を繰り返す。
このようにして求められた半径及び環状部の透過率を
有するフィルタが、第1図及び下表に示すフィルタ200
であり、該フィルタ200はフィルタ上の入射瞳の投影有
効瞳(本実施例においては12.8mm)の周辺部分の透過率
が最も低くされ、フィルタ200の軸心部及び周辺部分に
行くに従って同心円状に透過率が高く構成されている。
ここで透過率30.1944である環状部52は360分割される
区画を備えており、1区画の中心角は3600″であるため
に、1個と透明部の中心角は1087″となり、従って最小
円弧は41.105μmとなり、前述した25μm以上を満足し
ている。
また透過率21.4667である環状部53は、432分割される
区画を備えており、1区画の中心角は3000″であるため
に、1個の透明部の中心角は644″となり、従って最小
円弧は32.315μmとなり、これも前述した25μm以上を
満足している。同様に透過率38.8667,91.2778である環
状部54,55もそれぞれ864分割、240分割にされており、
最小円弧はそれぞれ46.92μm,41.1μmとなり、それぞ
れ許容値の25μm以上となっている。
このような該フィルタ200を原画と結像レンズとの間
に、結像レンズの入射瞳とフィルタ200との距離が50mm
となるように配置し、均一照明、レンズ開口効率100%
で実験したところ、第6図に示される如く、等倍時の角
位置における照度誤差は略±6%以内に収まっており、
倍率1.414で拡大した時も、倍率0.647で縮小した時も、
第7図,第8図に示される如く、誤差波形の傾向は変る
が許容範囲(±6%)に収まっている。
一方フィルタ200を結像レンズと結像面との間に、射
出瞳とフィルタ200との距離が50mmとなるように配置
し、上述と同条件にて実験した等倍時の各位置における
照度誤差のグラフが第9図であるが、これはフィルタ20
0を原画と結像レンズとの間に配置した第6図と波形の
傾向及び誤差がほとんど変りなく、倍率1.414で拡大し
た第10図、倍率0.647で縮小した第11図もそれぞれ傾向
は違うが許容範囲内に入っており、従来のフィルタに比
べてその照度分布の補正が極めて精度良く行なわれるこ
とが、本実施例において実証された。
なお上記実施例におけるフィルタは第12図に示される
如く、点線で示される最大画角時のフィルタ上の入射ま
たは射出瞳の投影有効瞳41を遮光しないよう、すなわち
マスキングされたフィルタの最外周40より外方の透明部
に該投影有効瞳41が形成されるように構成されている。
因に第12図においては図が繁雑になるのでハッチング
で環状部を示しているが、実際は第1図に示される如く
放射状の区画が形成されている。
また、上記実施例における透過フィルタ200は、フィ
ルタ製造時の誤差等があった場合にその誤差を修正し得
るようにレンズとは任意の距離離れた位置に配置されて
いるが、誤差が無視できるような場合にはレンズとフィ
ルタは一体化されたり密接状態にあってもかまわない。
また、上記実施例の照明系は均一照明であり、レンズ
開口効率が100%のものについて述べているが、任意分
布を持つ照明系またはレンズ開口効率が100%でないも
のにおいても、 開口効率=f(θ)という画角θの関数としてあらわ
されることが知られているので、前述した誤差Δxを求
める式の中の {(x/Lm)+1}の項に乗じて補正すれば適用でき
るというのは言うまでもない。
(効果) 以上のように本発明によれば、極めて精度が良く、安
価に製造し得る照度分布補正用透過型フィルタを提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す照度分布補正用透過型
フィルタの概略正面図、第2図はフィルタとフィルタ上
の投影有効瞳との位置関係を説明する図、第3図はrm
x≧r(I)なる位置関係の場合の透過率を求めるため
の説明図、第4図はrm−x<r(I)<rm+xなる位置
関係の場合の透過率を求めるための説明図、第5図はrm
+x<r(I),rm−x<r(I)なる位置関係の場合
の透過率を求めるための説明図、第6図,第7図,第8
図は同上フィルタを原画とレンズとの間に配置し、レン
ズを等倍、拡大、縮小させた場合の各位置における照度
分布誤差をそれぞれあらわす図、第9図,第10図,第11
図は同上フィルタをレンズと結像上との間に配置し、レ
ンズを等倍、拡大、縮小させた場合の各位置における照
度分布誤差をそれぞれあらわす図、第12図は最大画角時
のフィルタ上の投影有効瞳の位置関係を示す図である。 52,53,54,55,56,……環状部、52a……透明部分、52b…
…不透明部分、101,200……照度分布補正用透過型フィ
ルタ、OA……フィルタ軸心、Y……最小円弧。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】照明される原画を結像面に結像させる結像
    レンズと前記結像面との間、または前記原画と前記結像
    レンズとの間に配置され、前記結像面上の照度むらを補
    正するための透過型フィルタであって、 該フィルタは同心円状に区切られる複数の環状部を有
    し、前記各環状部は放射状に整数分割される区画を面積
    領域として有し、 前記各区画は、前記各環状部に応じた所定の透過率とな
    るように、前記フィルタの軸心を中心とした区切線によ
    り透明部と不透明部とに区分されていることを特徴とす
    る照度分布補正用透過型フィルタ。
  2. 【請求項2】前記区画1個当りの透明部または不透明部
    の小さい方の最小円弧は、25μm以上であることを特徴
    とする特許請求の範囲第1項記載の照度分布補正用透過
    型フィルタ。
  3. 【請求項3】前記透過率は、一秒単位よりなる分子を一
    秒単位よりなる分母で除した値であり、前記分母の素因
    数は2i×3j×5k(但しi=0〜7,j=0〜4,k=0〜3の
    整数)であることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の照度分布補正用透過型フィルタ。
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