KR910001504B1 - 평행광 조명용의 광학계 - Google Patents

평행광 조명용의 광학계 Download PDF

Info

Publication number
KR910001504B1
KR910001504B1 KR1019870005975A KR870005975A KR910001504B1 KR 910001504 B1 KR910001504 B1 KR 910001504B1 KR 1019870005975 A KR1019870005975 A KR 1019870005975A KR 870005975 A KR870005975 A KR 870005975A KR 910001504 B1 KR910001504 B1 KR 910001504B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
optical system
light source
parallel
fresnel lens
Prior art date
Application number
KR1019870005975A
Other languages
English (en)
Other versions
KR880000804A (ko
Inventor
싱이찌 나가다
아쓰시 기쓰가와
켄지 엔도오
Original Assignee
다이닛 뽕 스쿠링세이소오 가부시키가이샤
이시다 도쿠지로오
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 다이닛 뽕 스쿠링세이소오 가부시키가이샤, 이시다 도쿠지로오 filed Critical 다이닛 뽕 스쿠링세이소오 가부시키가이샤
Publication of KR880000804A publication Critical patent/KR880000804A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR910001504B1 publication Critical patent/KR910001504B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/702—Reflective illumination, i.e. reflective optical elements other than folding mirrors, e.g. extreme ultraviolet [EUV] illumination systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30—Collimators

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Lenses (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

내용 없음.

Description

평행광 조명용의 광학계
제1도는 본 발명에 관한 조명계에 연관되는 광학계의 개략 설명도.
제2도는 본 발명에 관한 조명계의 개략 설명도.
제3도는 본 발명의 광학계의 입사고와 출사각의 탄젠트 사이의 관계를 나타낸 그래프.
제4도는 본 발병의 광학계의 제1의 실시예의 배치도.
제5도는 본 발명의 제1의 실시예의 h-k 특성을 나타낸 그래프.
제6도 내지 제8도는 콜리메이터 렌즈의 입사표면상에 조도분포를 각각 나타낸 그래프.
제9도는 본 발명의 광학계의 제2의 실시예의 배치도.
제10도는 본 발명의 제2의 실시예의 h-k 특성을 나타낸 그래프.
제11도 내지 제13도는 본 발명의 제2의 실시예에서 사용되는 콜리메이터 렌즈상의 조도분포를 각각 나타낸 그래프.
제14도는 본 발명의 광학계의 제3의 실시예의 배치도.
제15도는 본 발병의 제3의 실시예의 h-k 특성을 나타낸 그래프.
제16도 내지 제18도는 본 발명의 제3의 실시예에서 사용되는 콜리메이터 렌즈의 입사표면상의 조도분포를 각각 나타낸 그래프.
제19도는 본 발병의 광학계의 제4의 실시예의 배치도.
제20도는 본 발명의 제4의 실시예의 h-k 특성을 나타낸 그래프.
제21도 내지 제23도는 본 발명의 제4의 실시예에서 사용되는 콜리메이터 렌즈의 입사표면상의 조도분포를 각각 나타낸 그래프.
제24도는 본 발명의 광학계의 제5의 실시예의 배치도.
제25도는 본 발명의 입사광의 굴절을 설명하기 위하여 비구면 렌즈를 사용한 광학계의 개략 설명도.
제26도는 본 발명의 광학계의 제6의 실시예의 배치도.
제27도는 본 발명의 광학계의 제7의 실시예의 배치도.
제28도는 본 발명의 프레넬 렌즈의 입사표면상의 조도분포, 즉 마스크 필름(MF)의 입사표면상의 조도분포를 나타낸 개략적인 그래프.
제29도는 본 발명의 광학계의 제8의 실시예의 배치도.
제30도는 본 발명의 프레넬 렌즈의 입사표면상의 조도분포, 즉 마스크 필름(MF)의 입사표면상의 조도분포를 나타낸 개략적인 그래프.
제31도는 본 발명의 광학계의 플라이 아이 구조의 사시도.
제32도는 본 발명의 조명계에 연관되는 프레넬 렌즈의 형상을 나타낸 단면도이다.
본 발명은 새로운 조명계에 관한 것으로, 특히 프린트회로기판, 집적회로등의 조사에 적용할 수 있는 노광장치나, 재판용의 밀착소부 장치나 식판기등에 적용할 수 있는 노광장치, 그의 복사장치등의 적용할 수있는 조명계등에 적합하도록 피 조사면상의 주변부의 조도저하가 없이 노광용으로 극히 우수한 평행광을 제공하는 조명계에 관한 것이다.
수종의 조명계가 프린트회로기판용 밀착소부나 근접소부에 이용토록 노광장치에서 사용되어 왔으며, 이는 공지된 것이다.
이러한 조명계의 하나가 릿처씨에게 허여된 미합중국 특허 No. 4,389,115에 개시되어 있으며, 이는 종래의 조명계에 비하여, 피조사면상의 광도의 균일성을 증진시키는 목적에서는 장점이 있는 것이다.
그러나, 릿처씨의 특허는 정교한 곡면의 콜리메이터 거울(Collimator mirror)이 요구되고, 이 거울이 제2의 광원으로부터 가능한 한 원지점에 위치시켜야 하는 것이다.
일반적으로 광원의 조도분포의 불균일성을 시정하기 위하여 제2의 광원이 직절한 광학계에 의하여 결상되어, 이 광학계로부터의 광을 평행계에 의하여 평행광으로 전환시킨다. 이러한 광학계에서, 평행계로 입사되는 입사광의 광도분포를 균일하게 할 필요가 있게 된다.
이러한 이유 때문에, 릿처씨의 특허에 개시된 조명계는 콜리메이터 거울을 제2의 광원으로부터 가능한한 원지점으로 위치가 되도록 배열되어진 것이다.
더우기, 릿처씨의 특허는 구면수차를 감소시키기 위하여 초점거리가 길고 정교한 곡면으로 된 콜리메이터거울을 채용하고 있는 것이다.
상기와 같은 이유에서 종래의 조명계는 광로가 길어지게 되고, 이러한 조명계에 연관된 조명장치는 그 크기가 대형화 되는 것이다.
따라서, 본 발명의 주목적은 우수한 평행광으로 피조사면상의 조명에 특히 유용한 새로운 조명계를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 피조사면의 주변부에서의 조도저하가 없이 피조사면으로 극히 우수한 평행광의 조명을 적용할 수 있는 조명계를 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 조명제의 광로를 짧게 실현시킬 수 있는 조명계를 제공하는데 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위하여, 조명계는 광원과 ; 상기 광원으로부터 발산된 광을 광로에 연하여 투사할 수 있도록 상기 광원에 연관하여 위치되어진 반사체와 ; 광축상에 제2의 광원을 결상하기 위하여, 광원으로부터 광을 수광하기 위한 입사동공과, 수광된 광선을 투과시키기 위한 출사동공과, 광원과 피조사면으로 각각 연장된 광축으로된 광학계를 통하여 입사동공에서 수광된 광의 입사고는 출사동공에서의 출사각의 탄젠트에 실질적으로 비례하도록 구성된 광학계와 ; 피조사면으로 우수한 평행광을 적용하기 위하여 상기 출사동공과 피조사면 사이에 배열된 평행수단으로 구성된 것이다.
제2의 광원이 광학계에 의하여 평행수단의 초점에서 결상되어진다.
상기한 광학계는 다음식을 만족하는 것이다.
tanθαh (1)
여기서, 는 광학계의 출사각, h는 입사동공에서의 입사고이다. 그러면, 식(1)은 다음식으로 나타낼 수있다.
Figure kpo00001
(2)
여기서, k는 비례계수이다.
따라서, 광학계는 식(2)이 실질적으로 성립할 수 있도록 구성되어야 하며, 이에 의하여 평행수단의 입사표면상의 조도는 전영역을 통하여 균일하게 된다. 이 경우에, 비례계수 k는 한정된 것이 아니다.
평행수단은 구면수차가 없는 짧은 초점거리를 가진 프레넬 렌즈(Fresnel lens)로 구성되며, 이는 피조사면의 주변부에 조도의 저하없이, 그리고 구면수차를 극소화 하면서 피조사면으로 극히 우수한 평행광을 적용시킬 수가 있는 것이다.
프레넬 렌즈의 형상은 다음식을 만족하도록 구성되어진다.
Figure kpo00002
R=H=dtanθ'
여기서, f'는 제2의 광원과 프레넬 렌즈의 입사표면과의 사이에 광축상의 거리 ; H는 광축과 제2차의 광원으로부터 발산되는 광이 도달되는 지점 사이의 거리 ; e는 이 지점에서의 입사각 ; n은 프레넬 렌즈의 매체의 굴절을 ; θ'는 프레텔 렌즈를 입사된 광 즉, 이로부터 출사되는 광이 광축에 대하여 형성된 각도 ; α는 요홈 표면이 광측에 대하여 형성된 각도 ; R은 광측과 광이 프레넬 렌즈부터 출사된 지점사이의 거리 ; d는 프레넬 렌즈의 두께이다.
본 발명은 전술한 특징을 갓는 것이어서, 다음과 같은 유용한 장점을 가진 것이다.
코싸인 4승 법칙에 의하여 발생되는 피조사면의 주변부의 조도저하는 평행수단, 즉 프레넬 렌즈의 입사표면상에 균일한 조도분포를 실현하므로서 해결할 수가 있는 것이다. 따라서, 프레넬 렌즈는 피조사면상으로 균일한 조도분포로서 평행광을 투사시키게 되는 것이다.
광원과 피조사면 사이에 광로의 길이 특히, 제2의 광원과 프레넬 렌즈 사이의 광로의 길이는 본 발명에 연관된 광학계에 있어서 개구각이 넓기 때문에 포괄적이며 효율적으로 단축시킬 수가 있는 것이며, 이에 따라 프레넬 렌즈상에 넓은 영역을 평등하고 균일하게 조사시킬 수가 있는 것이다.
광학계에 입사된 광은 광의 손실이 없이 피조사면의 조명으로서 효율적으로 사용할 수가 있는 것이다.
본 조명계는 노광장치를 그 크기에 있어서 콤팩트하게 하는데 특히 유용한 것이다. 프레넬 렌즈의 구면수차는 이 렌즈의 표면가공에 의하여 용이하게 감소시킬 수가 있는 것이다.
본 발명의 또다른 새로운 특징과 장점은 첨부도면에 의거하여 설명하는 하기의 과정에서 명백해질 것이며, 이는 본 발명을 단지 이해시키기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한 할려는 것이 아닌 것이다.
본 발명에 관한 조명계는 제1도 및 제2도에서 나타낸 바와 같이, 광원(LS), 광원(LS)에 연관되어 배열된 타원형 거울(EM), 광로상에 배열된 거울(M1), 광학계(OS), 반사경(M2), 평행계(CS), 소정의 회로패턴을 가지고 있는 마스크 필름(MF) 그리고 감광재(PM) 순으로 구성되어 있다.
광원(LS)은 타원형 거울(EM)의 제1의 초점에 또는 근접되게 위치되어서, 광원(LS)으로부터 발산되는 광을 집속하여 거울(M1)을 통하여 광학계(OS)로 투사되어진다. 거울(M1)은 대부분의 적외선 방사는 통과시키고 대부분의 자외선 방사만 반사시키는 소위 한냉 거울로 구성되어서, 열로 인하여 초래되는 여러가지의 불량 현상을 제거할 수가 있게 된다.
광학계(OS)는 타원형 거울(EM)의 제2의 초점에, 또는 근접되게 위치되어서 광원(LS)으로부터 발산되는 광을 이 지점에서 대부분 집속시킬 수가 있기 때문에 광학계(OS)에 의하여 제2의 광원을 결상시키기 위하여서는 가장 좋은 것이다. 그러나 광학계(OS)로 향하여 투사되는 광을 유효한 영역내에서 수광할 수있는 한, 광학계(OS)는 전술한 것보다 광원(LS)측으로 광학적으로 더 근접된 위치에 배열되어진다.
타원형 거울(EM)에 의하여 집속된 광은 입사고 h로서 광학계(OS)로 입사되고, 이어서 출사각 e로서 출사되어 평행계(CS)의 입사표면에 도달된다. 광학계(OS)는 입사고 h가 출사각의 탄젠트에 실질적으로 비례가 되도록 구성되어, 이를 식(2)으로 나타낸 것이며, 이를 다음식으로 바꿀수가 있다.
h=ktanθ (3)
여기서, 제1도에서 명백한 바와 같이, 다음식이 성립된다.
tanθ=(H/b) (4)
여기서, H는 광축과 입사고 h로서 입사된 광이 평행계(CS)의 표면상의 지점 Q에 도달된 지점사이의 조사고이며, b는 평행계(CS)의 입사표면과 광원(LS)의 실상, 즉 제2의 광원이 결상되는 지점 P와의 사이에 거리이다.
따라서, 식(3)과 (4)로부터 다음식이 얻어진다.
h=(K/b)·H (5)
입사고 h가 증가하거나 또는 감소될시에 출사각 θ와 조사고 H는 변경되어 지지만, 지점 p는 수차에 기인하는 정도로 변화되지만, 이것이 무시할 정도로 작기 때문에 거리 b는 일정한 거승로 여겨도 되는 것이다.
따라서, 광학계에 있어서 입사고 h와 출사각 θ의 탄젠트와의 사이의 실질적인 비례관계는 제3도에서 나타낸 바와 같이 성립된다.
즉, 입사동공 A의 광측을 중심으로 반경 Ao와 평행계(CS)의 입사표면상의 광측을 중심으로 반경 So와의 사이의 관계는 반경 Ao를 통하여 입사된 광에 의하여 행해진 조사는 입사고 h와 조사고 H와의 관계와 유사하게 비례한다. 이것은 반경 Ao의 값이 증가될시에 반경 So의 값도 동일한 비율로 증가된다. 이것으로부터 평행계(CS)의 입사표면상의 조도분포는 중심부에서 그 주변부까지 입사동공 A와 동일한 조도분포로 되어진다.
[제1의 실시예]
광학계(OS)의 제1의 실시예를 나타낸 제4도에서 도시한 바와 같이, 4장의 렌즈를 포함하는 4군의 광학유니트 L1-L4로 구성된다. 이 광학계의 각 렌즈 데이터는 도표 1에 표기되어 있다.
[표 1]
Figure kpo00003
f=1.0
유효경=1.0
최대화각=30도
제5도는 제4도에서 나타낸 광학계를 사용시에 입사고 h에 대한 비례수 k의 특성을 나타낸 것으로, 식(3)으로 나타낸 입사고 h는 종축으로 표시하고, 비례계수 k는 횡축으로 표시한 것이다.
입사고 h에 대한 비례계수의 특성(이후, h-k 특성이라 한다)은 이상적인 광학구성에 대한 광학계의 신뢰도를 나타낸 것이며, 비례계수 k가 입사고 h에 대하여 독립적으로 일정하다는 사실은 광학계가 이상적으로 구성된 것을 의미하는 것으로, 즉 출사각의 탄젠트는 입사고 h에 정확하게 비례하는 것을 의미하는 것이다.
제5도에서, 제4도에서 나타낸 광학계의 비례계수 k의 변동치가 0.008범위 이내에 있기 때문에 제4도에서 나타낸 광학계는 이상적인 특성에 매우 근접된 것이다.
제6도 내지 제8도는 제4도로서 나타낸 광학계를 사용시에, 이 광학계로부터 100의 거리에 배치된 평행계(CS)의 입사표면상의 조도분포를 나타낸 것이다.
제6도는 점광원이 이 광학계의 전방으로 50의 거리에 광축상에 위치된 경우의 조도분포를 나타낸 그래프이며, 제7도와 제8도는 점광원이 이 광학계의 전방으로 50의 거리에서 광축상으로부터 14의 거리로 이탈위치된 경우의 평행계(CS)의 입사표면상에 메리디오널 광(Meridional ray)과 서짓털 광(Sagittal ray)의 조도분포를 각각 나타낸 것이다.
제6도 내지 제8도를 통하여 각각의 종축은 평행계(CS)의 중심부의 조도를 100퍼센트로 할시에 상대조도를 나타낸 것이다. 제5도 내지 제8도로부터 분명해진 바와 같이 평행계(CS)의 입사표면상의 직경이100인 범위는 제4도로서 나타낸 광학계를 사용하는 것에 의하여 공평하고 균일하게 조명을 할 수가 있는것이다 .
[제2의 실시예]
광학계(OS)의 제2의 실시예를 나타낸 제9도에서 도시한 바와 같이, 이 광학계는 3장의 렌즈를 포함하는 3군의 광학유니트 L5- L7로 구성된 것이다. 이 광학계의 렌즈 데이터는 도표 2에 표기되어 있다.
[표 2]
Figure kpo00004
Figure kpo00005
f=1.0
유효경=1.0
최대화각=30도
제10도는 제9도로서 나타낸 광학계의 h-k의 특성을 나타낸 것이다.
제11도 내지 제13도는 제9도로서 나타낸 광학계를 사용시에 이 광학계의 후방으로 100의 거리에 배치된 평행계(CS)의 입사표면상의 조도분포를 각각 나타낸 것이다. 제11도는 점광원이 이 광학계의 전방으로 50의 거리의 광축상으로 위치된 경우의 조도분포를 나타낸 그래프이다. 제12도와 제13도는 점광원이 이 광학계의 전방으로 50의 거리에서 광축으로부터 14의 거리에 이탈되어 위치된 경우에 평행계(CS)의 입사표면상의 메리디오널 광과 서짓털 광의 조도분포를 각각 나타낸 그래프이다.
제11도 내지 제13도의 각각의 종축은 평행계(CS)의 중심부의 조도의 100퍼센트로 할시에 상대조도를 나타낸 것이다.
제10 내지 제13도에서 분명해진 바와 같이, 평행계(CS)의 입사표면상의 직경 100인 범위는 제9도로서 나타낸 광학계를 사용하는 것에 의하여 공평하고 균일하게 조명할 수가 있는 것이다.
[제3의 실시예]
광학계(OS)의 제3의 실시예는 제14도로 나타낸 바와 같이 이 광학계는 2장의 렌즈를 포함하는 2군의 광학유니트 L8-L9로 구성된 것이다. 이 광학계의 렌즈 데이터는 도표 3에 표기되어 있다.
[표 3]
Figure kpo00006
f=1.0
유효경=1.0
최대화각=20도
제15도는 제14도로서 나타낸 광학계의 h-k 특성을 나타낸 것이다.
제16도 내지 제18도는 제14도로서 나타낸 괍학계를 사용시에 이 광학계의 후방으로 100의 거리에 배치된 평행계(CS)의 입사표면상의 조도분포를 나타낸 것이다. 제16도는 점광원이 이 광학계의 전방으로 광축상으로 무한거리에 위치된 경우에 조도분포를 나타낸 그래프이다. 제17도와 제18도는 점광원으로부터 투사광이 입사각 10도로서 광학계로 입사된 경우에 평행계(CS)의 입사표면상에 메리디오널 광과 서짓털 광의 조도분포를 각각 나타낸 그래프이다.
제16도 내지 제18도의 각각의 종축은 평행계(CS)의 중심부의 조도를 100퍼센트로 할시에 상대조도를 나타낸 것이다. 제15도 내지 제18에서 분명해진 바와 같이, 평행계상의 직경 100의 범위는 제14도로서 나타낸 광학계를 사용하는 것에 의하여 공명하고 균일하게 조명할 수가 있는 것이다.
[제4의 실시예]
광학계의 제4의 실시예를 제19도에서 나타낸 바와 같이, 4장의 렌즈를 포함하는 1군의 광학유니트 L10으로 구성된 것이다.
이 광학계의 렌즈 데이터는 도표 4에 표기되어 있다.
[표 4]
Figure kpo00007
f=1.0
유효경=0.80
최대화각=30도
제20도는 제19도로서 나타낸 광학계의 h-k 특성을 나타낸 것이다.
제21도 내지 제23도는 제19도로서 나타낸 광학계를 사용시에 이 광학계의 후방으로 100의 거리에 배치된 평행계(CS)의 입사표면상의 조도분포를 각각 나타낸 것이다. 제21도는 점광원이 이 광학계의 전방으로 광축상으로 50의 거리 위치된 경우에 조도분포를 나타낸 그래프이며, 제22도와 제23도는 점광원이 이 광학계의 전방으로 50의 거리에서 광측으로부터 14의 거리로 이탈되어 위치된 경우에 평행계(CS)의 입사표면상의 메리디오닐 광과 서짓털 광의 조도분포를 각각 나타낸 그래프이다.
제21도 내지 제23도의 각각 종축은 평행계의 중심부의 조도를 100퍼센트 할시에 상대조도를 각각 나타낸 것이다.
제20도 내지 제23도에서 분명해진 바와 같이 평행계의 입사표면상의 직경이 70인 범위는 제19도로서 나타낸 광학계를 사용하는 것에 의하여 공평하고 균일하게 조명할 수가 있는 것이다.
전술한 4개의 실시예에서는 단지 구면 렌즈를 광학계(0S)에서 사용하였지만, 비구면 렌즈도 사용할 수가 있다. 비구면 렌즈는 하기와 같이 결정한다.
다시, 제1도에서 출사각의 탄젠트는 다음과 같이 표시된다.
tanθ=h/c (6)
여기서 h는 입사고, C는 입사동공 A와 광원 LS의 실상이 결상되는 점 p와의 사이에 거리이다.
본 광학계는 입사고 h가 출사각 θ의 탄젠트에 비례가 되도록 구성되어서, 다음 식(7)은 식(3)과 식(6)으로부터 얻어진다.
c=k (7)
광원 LS가 무한거리에 배치되어 있는 경우에 거리 C는 초점거리 f와 동등하다. 따라서, 다음 식(8)이 성립된다.
C=f (8)
식(7)과 식(8)로부터, 다음 식(9)이 얻어진다.
k=f (9)
따라서, 식(3)은 다음 식(10)으로 바꿔쓸 수가 있다.
tanθ=h/f (10)
지금, 제25도에서, 부호 n1은 비구면 렌즈 표면의 전(前) 매질의 굴절율을 나타내고, 부호 n2는 후(後) 매질의 굴절율을 나타내며, 부호 ψ는 무한 거리로부터의 광의 입사점 e에 있어서의 비구면의 법선과 광축으로 된 각을 나타내고, 부호 λ는 비구면에 있어서의 굴절된 광이 광측에 대하여 형성된 각을 나타낸 것이다. 그러면, 스넬(Snell)의 법칙으로부터 다음식(11)이 성립된다.
n1sinψ=n2sin(ψ-λ) (11)
식(11)을 전개하여, 식(12)을 얻을 수 있다.
Figure kpo00008
(12)
여기서, 비구면 렌즈의 표면의 형상을 나타내는 관계식을 광축방향으로 거리 z, 높이 방향으로 거리 h사이의 관계식으로 나타낼 수가 있다. 점 e에 있어서의 비구면에 대한 기울기는
Figure kpo00009
이고, 그리고 점 e에 있어서 비구면에 대한 법선의 기울기는
Figure kpo00010
, 즉
Figure kpo00011
이다.
여기서, 제25도로부터 분명한 바와 같이, 법선의 기울기는 실제로 tanψ이다. 따라서, 상기한 것으로부터 식(13) 이 성립된다.
Figure kpo00012
(13)
그러면, 식(12)와 식(13)으로부터 식(14)이 얻어진다.
Figure kpo00013
(14)
여기서, sin2λ+cos2λ=1 및
Figure kpo00014
로부터
Figure kpo00015
및
Figure kpo00016
로 바꿔지고, 이에 식(10)을 대입하면및
Figure kpo00018
으로 되어진다.
그러면, 이를 식(14)에 대입하면 다음식(15)이 얻어진다.
Figure kpo00019
(15)
f=1로 하면, 미분 방정식(15)은 다음과 같이 풀어진다.
Figure kpo00020
(16)
여기서 C는 적분상수이다.
굴절면과 광축과의 교점을 Z측의 원점으로 할 경우에 이 적분상수 C는 다음식(17)으로 표시된다.
Figure kpo00021
(17)
[제5의 실시예]
광학계(OS)의 제5의 실시예는 제24도로서 나타낸 바와 같이, 이 광학계는 1장의 비구면 렌즈 L11로 구성되어 있다. 본 실시예에서, 비구면 렌즈 L11은 굴절을 1.5인 재질로 제작되었다. 여기서, 렌즈 L11의 전매질은 공기 중심으로 그 굴절은 1.0이다. n1=1과 n2=1.5를 식(16)과 식(17)에 대입하면 다음식을 얻을수 있다.
Figure kpo00022
따라서, 이 식에 의하여 비구면 렌즈 L11의 전측형상이 표현되고, 후측 비구면의 형상은 출사광이 후측 비구면에 굴절하지 않는 조건을 만족하도록 구성되어진다.
[제6의 실시예]
광학계(OS)의 제6의 실시예는 제26도로서 나타낸 것으로, 이 광학계는 한장의 비구면 렌즈 L12로 구성되어 있다. 본 실시예에서, 비구면 렌즈 L12의 전측 비구면을 평면으로 하고, 이 비구면 렌즈 L12는 굴절을 1.5를 갖는 재질로 제작되었다.
이 렌즈의 후측 비구면은 이하의 식에 의하여 구성된다. 후측 비구면에서 굴절에 대한 전매질은 굴절을 1.5를 갖는 비구면 렌즈이고, 후매질은 굴절을 1.0을 갖는 공기임으로, n1=1.5와 n2=1.0의 값을 식(16)과 식(17)에 대입하면, 다음식이 얻어진다.
Figure kpo00023
[제7의 실시예]
광학계 제7의 실시예는 제27도로서 나타낸 것으로, 이 광학계는 3장의 렌즈를 포함하는 3군의 광학유니트 L13-L15로 구성되어 있다. 이 광학계의 각 렌즈 데이터는 도표 5에 표기되어 있다.
[표 5]
Figure kpo00024
f= 1.0
유효경=0.66사각
최대화각=26도
[제8의 실시예]
광학계의 제8의 실시예는 제29도로서 나타낸 것으로, 이 광학계는 4장의 렌즈를 포함하는 4군의 광학유니트 L16-L19로 구성되어 있다. 이 광학계의 각 렌즈 데이터는 도표 6에 표기되어 있다.
[도표 6]
Figure kpo00025
f=1 0
유효경=0.66사각
최대화각=34도
상기한 제7 및 제8의 실시예의 각 h-k 특성과 조도분포는 설명을 줄이기 위하여 이에 생략한다. 그러나, 이것은 전술한 제1 내지 제6의 실시예의 것과는 거의 동일한 것이다.
상기한 2개의 실시예에 있어서의 렌즈 데이터중에는 피노광면이 프린트회로기판에 사용하기에 적합한 사각형태의 감광재(PM)이기 때문에 조사의 유효 영역 역시 사각으로 되어야 하며, 따라서, 상기한 제7 및 제8의 실시예에서 나타낸 광학계의 입사동공이 본 실시예에서 나타낸 조면제의 특수 구성에 합치되기 의하여 사각으로 구성되어진다. 또한, 본 실시예에서, 광학계(0S)의 입사동공이 평행계(CS)의 입사표면과 공역이 되도록 구성되어진다.
본 실시예에서는 전술한 광학계(OS)는 플라이 아이렌즈 구조로 구성되며, 이 플라이 아이렌즈(FE)는 전술한 바와 같은 다수개의 광학계로 구성되어 있다.
제31도는 플라이 아이렌즈 구조의 사시도이다. 제31도에 명시한 바와 같이, 이 플라이 아이렌즈(FE)는 21개의 광학요소(OE)로 구성되며, 각 광학요소(OE)는 전술한 바와 같이 입사동고에서의 수광된 광은 입사고를 가지며 이는 출사동공에서의 출사각의 탄젠트에 실질적으로 비례하는 조건을 만족시키는 광학계(OS)로 차례차례로 구성된 것이다.
이 플라이 아이렌즈(FE)는 광학계의 각각의 광측이 상호 평행되게 구성되어, 이에 출사되는 다수개의 광이 평행계(CS)의 입사표면에 도달되어진다.
플라이 아이렌즈 구조는 입사동공에서의 조도의 불균일을 해결하는데 매우 유용한 것이며, 이는 평행계(CS)의 입사표면을 입사동공에서의 조도분포와는 독립적으로 균일하게 조사시킬 수 있게 하는 것이다.
이러한 특징에 부가하여, 플라이 아이렌즈의 각 광학계는 평행계의 입사표면의 전 영역을 통하여 균일한 조도를 제공함으로서 평행계의 입사표면상의 조도분포는 극히 균일하게 되는 것이다.
본 실시예에서, 조명계는 광학계(OS)의 입사동공이 평행계(CS)의 입사표면과 공역이 되도록 구성되어서, 이에 따라 입사동공에서 소정의 공통점을 투과한 광은 평행계의 입사표면상에 소정의 공통점에 도달된다.
따라서, 광원으로부터 발산된 광은 입사동공에서 수광되어 평행계의 입사표면의 소정와 영역을 광량의 손실이 없이 조사시키게 되는 것이다. 전술한 8개의 실시예는 본 발명에 연관된 조명계에 적용할 수 있는 것이다.
그러나, 이 실시예들은 각각 일반적인 형태로 나타낸 것이어서, 조명계의 특수 구성에 부합되도록 제1 내지 제6의 실시예에서 나타낸 광학계의 각 구성요소를 결정할 필요가 있는 것이다.
예컨대. 광학계(OS)에 대한 화각은 다음과 같이 결정된다.
즉, 타원형 거울(EM)의 출사동공에서의 직경 D는 다음식으로 표시된다.
Figure kpo00026
여기서, a는 출사동공과 광학계(OS)의 전측 표면사이의 거리, w는 광학계에 대한 화각이다. 따라서, 본 실시예에서 거리 a는 800mm이기 때문에 타원형 거울(EM)의 출사동공에서의 직경은 쉽게 정할 수가 있다.
다시, 제2도에서 본 발명에 관한 조명계는 광학계(OS)와 평행계(CS)사이에 배열된 반사경(M2)을 포함하고 있으며, 이 반사경(M2)은 조명계의 크기를 축소시키기 위하여 배열된 것이다. 평행계(CS)는 초점거리가 1670mm이고 대각선 길이가 1000×1000mm인 사각의 프레넬 렌즈로 구성되어 있다. 이 대각선 길이는 마스크 필름(MF)의 대각선 길이에 따라서 정해지는 것이다.
본 실시예에서, 소정의 회로패턴을 가지고 있는 마스크 필름(MF)은 대각선 길이가 1000×1000mm이며, 따라시 동일한 대각선 길이를 가진 프레낼 렌즈가 사용된다.
본 실시예에서 광학계(OS)는 타원형 거울(EM)의 출사동공과 광학계(OS)의 입사표면사이의 거리가 800mm가 되도록 배열되어져서 이에 따라 제2의 광원(즉, 타원형 거울(EM)의 출사동공에서의 실상)이 광학계의 제7의 실시예를 사용시에 이 광학계의 출사표면으로부터 이 광학계의 내부에 1mm의 거리가 되는 지점에 결상이 되고, 제8의 실시예를 사용시에는 상기 결상지점이 3mm이다.
따라서, 프레넬 렌즈(CS)는 제2의 광원(p)의 위치로부터 그 초점거리에 상응하는 1670mm의 거리에 위치되어진다. 프레넬 렌즈의 형상은 다음과 같이 구성되어진다.
제32도에서, 제2의 광원(p)은 프레넬 렌즈(CS)의 입사표면으로부터 거리 f'되는 광축상에 위치되고, 이로부터 발산되는 광은 광축으로부터 거리 H가 되는 점 Q에 도달된다. 점 Q에 있어서의 입사각 θ는 다음식으로 나타낸다.
θ=tan-1(H/f') (18)
여기서, 스넬의 법칙으로부터 다음식이 얻어진다.
sinθ=nsinθ'
여기서, n은 프레넬 렌즈의 재질에 대한 매질의 굴절율이다. 이 식으로부터, 프레넬 렌즈로 입사된 광이 광축에 대해서 형성된 각 θ'는 다음과 같이 얻어진다.
Figure kpo00027
(19)
프레넬 렌즈의 출사표면상의 일 지점이며 광축으로부터 거리 R되는 점 T를 통하여 투과되는 광이 광축과 평창하게 진행되는 조건을 성립시키기 위하여, 다음식을 성립시킬 필요가 있는 것이다.
n sin(90°-θ'-λ)=sin(90°-λ)
여기서, λ는 점 T를 가진 요홈표면이 광축에 대하여 형성하는 각이다. λ에 대하여 이 식을 풀면, 다음식(20)이 얻어진다.
Figure kpo00028
(20)
여기에, 거리 R은 다음식(21)으로 표현된다.
R=H+d tanθ' (21)
여기서, d는 프레넬 렌즈의 두께이다.
따라서, 프레넬 렌즈의 출사표면의 점 T를 투과하는 광이 광축에 대하여 평행하게 진행하는 조건을 만족하는 프레넬 렌즈는 식(21)을 통하여 식(18)을 사용하는 것에 의하여 얻어질 수 있다.
본 발명의 관한 조명계에 적용할 수 있는 프레넬 렌즈의 몇가지 실시예를 이하에서 설명한다.
[제1의 실시예]
프레넬 렌즈의 제1의 실시예는 광학계(05)의 제1 내지 제3의 실시예에 연관하여 적응할 수 있는 것이다. 프레넬 렌즈의 렌즈 데이터는 도표 7에 표기되어 있다.
[표 7]
Figure kpo00029
여기서, 제2의 광원(p)과 프레넬 렌즈의 입사표면 사이의 거리 f'는 1414mm ; 초점거리 역시 1414mm ; 렌즈두께 d는 5mm ; 굴절을 1.49 ; 요홈핏치 p'는 0.2mm ; 유효개구는 대각선이 1000mm이다.
[제2의 실시예]
프레넬 렌즈의 제2의 실시예는 광학계(OS)의 제4의 실시예에 연관되어 적용할 수 있는 것이다.
이 프레넬 렌즈의 렌즈 데이터는 도표 8에 표기되어 있다.
[표 8]
Figure kpo00030
여기서, 제2의 광원(p)과 프레넬 렌즈의 입사표면 사이의 거리 f'는 2020mm ; 초점거리 역시 2020mm ; 렌즈두께 d는 8mm ; 굴절율 1.52 ; 요홈핏치 p'는 0.5mm ; 유효개구는 대각선의 길이가 1000mm이다.
[제3의 실시예]
프레넬 렌즈의 제3의 실시예는 광학계(OS)의 제7 및 제8의 실시예에 연관되어 적용할 수 있는 것이다. 이 프레넬 렌즈의 렌즈 데이터는 도표 9에 표기되어 있다.
[표 9]
Figure kpo00031
여기서, 제2의 광원(p)과 프레넬 렌즈의 입사표면 사이의 거리는 1670mm ; 초점거리 역시 1670mm ; 렌즈두께 d는 5mm ; 굴절을 1.49 ; 요홈핏치 p'는 0.5mm ; 유효개구는 대각선의 길이가 1000mm이다.
제28도 및 제30도는 제27도 및 제29도로서 나타낸 각각의 광학계를 사용시에 마스크 필름(MF)상의 조도분포를 각각 나타낸 것이다.
x측과 y측은 각각 마스크 필름(MF)상의 좌표위치를 나타낸 것이며, z축은 이 좌표위치에 상응하는 위치에서의 조도를 나타낸 것이다.
제28도 및 제30도에서 명시한 바와 같이, 마스크 필름(MF)상의 조도분포는 1000×1000mm로서의 넓은 영역임에도 불구하고 확산범위내에서 ±5퍼센트의 저하를 가져 옴으로서 본 발명에 관한 조명계가 마스크필름(MF)의 주변부에 있어서 조도저하가 없이 우수한 평행광을 적용하기에 가장 적합한 것임을 입증하는 것이다. 여기에, 종래의 조명계에서는 피조사면상의 조도분포가 확산범위내에서 ±30퍼센트 이상으로 저하됨으로, 종래의 조명계와 본 발명에 관련된 조명계와의 사이의 차이는 분명하게 인지할 수 있는 것이다.
감광재(PM)를 마스크 필름(MF)의 직하부에 예컨대, 사이의 거리가 0.3mm로서 위치시켜서 소정의 회로패턴의 노광을 감광재(PM)상으로 정확하고 유효하게 수행하게 되는 것이다.
본 발명은 조명계로서 구체화하여 도시하고 기술된 것은 도시된 상세한 부분을 제한 할려는 의도는 아닌것이며, 이는 본 발명의 기술사상으로부터 이탈됨이 없이 다양한 유형이나 구조적 변경을 행할 수 있기 때문인 것이다.
전술한 것에는 본 발명의 요지가 충분히 개시되어 있어서, 더 이상의 분석이 없이 또한 현재의 지식을 적용하여 본 발명의 포괄적인 또는 특수한 국민의 중요한 특성으로 구성된 특징을 생략됨이 없이 선행기술의 견지에서 다양하게 적용할 수가 있는 것이다.
특허로서 보호받고저 요망되고 신규로서의 청구사항은 다음의 특허청구에 기재되어 있다.

Claims (5)

  1. 평행광으로 피 조사면을 조명하는데 사용하도록 된 조명계에 있어서, 광원과 ; 상기 광원으로부터의 광을 광로에 연하여 투사할 수 있도록 상기 광원에 연관하여 위치되어진 반사체와 ; 제2의 광원을 광축상에 결상하기 위하여, 광원으로부터 광을 수광하기 위한 입사동공과, 수광된 광을 투과시키는 출사동공과, 광원과 피조사면으로 각각 연장된 광축으로 구성되며, 이를 통하여 입사동공에서 수광된 광의 입사고가 출사동공에서의 출사각의 탄젠트에 실질적으로 비례가 되도록 구성된 광학계와 ; 상기 출사동공과 피조사면으로 평행광을 적용할 수 있도록 피조사면 사이에 배열되고, 상기 피조사면이 광축상으로 위치되어짐도 연관되는평행수단으로 구성된 평행광 조명용의 광학계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 평행수단은 상기 광학계에 의하여 결상된 제2의 광원이 상기 평행수단의 초점에 부합되게 위치되어서 구성된 평행광 조명용의 광학계.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 평행수단은 피조사면에 평행광을 적용할 수 있도록 프레넬 렌즈로 구성된 평행광 조명용의 광학계.
  4. 제3항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈는 하기 식을 만족하도록 구성된 평행광 조명용의 광학계.
    Figure kpo00032
    R=H+d tanθ'
    여기서, f'는 제2의 광원과 프레넬 렌즈의 입사표면 사이의 광축상의 거리 ; H는 광축과 제2의 광원으로부터 발산된 광이 도달되는 지점 사이의 거리 ; θ는 상기 지점에 있어서의 입사각 ; n은 상기 프레넬 렌즈의 매질의 굴절율 ; θ'는 상기 프레넬 렌즈로 입사된 광이 광축에 대하여 형성한 각, 즉, 이로부터 출사된 광이 광축에 대하여 형성한 각 ; λ는 요홈 표면이 광축에 대하여 형성한 각 ; R은 광축과 광이 프레넬 렌즈로부터 출사된 지점과의 사이의 거리 ; d는 프레넬 렌즈의 두께이다.
  5. 제3항에 있어서, 상기 프레넬 렌즈는 광학계에 연관되어 입사표면이 평면이고, 출사표면이 요홈으로 구성된 평행광 조명용의 광학계.
KR1019870005975A 1986-06-13 1987-06-12 평행광 조명용의 광학계 KR910001504B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP13847986 1986-06-13
JP138479 1986-06-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR880000804A KR880000804A (ko) 1988-03-29
KR910001504B1 true KR910001504B1 (ko) 1991-03-09

Family

ID=15223033

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019870005975A KR910001504B1 (ko) 1986-06-13 1987-06-12 평행광 조명용의 광학계

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5005959A (ko)
EP (1) EP0250975B1 (ko)
KR (1) KR910001504B1 (ko)
DE (1) DE3772467D1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180037378A (ko) * 2016-10-04 2018-04-12 인하대학교 산학협력단 비구면 렌즈

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0405563B1 (en) * 1989-06-29 1996-03-13 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Illumination system
DE9014406U1 (de) * 1990-10-17 1990-12-20 Kempf, Georg-Ulrich, 2057 Wentorf Vorrichtung zum Vergrößern von transparenten Vorlagen im Durchlichtverfahren
US5713660A (en) * 1993-11-10 1998-02-03 Nikon Corporation Illumination optical apparatus
CN103309172A (zh) * 2013-05-30 2013-09-18 京东方科技集团股份有限公司 曝光设备和曝光方法
JP6370626B2 (ja) * 2014-07-24 2018-08-08 オリンパス株式会社 照明光学系、照明装置、及び照明光学素子

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US801766A (en) * 1904-11-05 1905-10-10 Corning Glass Works Lens.
US1393573A (en) * 1920-10-21 1921-10-11 John A Ritter Headlamp
US1986065A (en) * 1931-12-02 1935-01-01 Maillet Antoine Andre Optical system having multiple foci and a single source of light
US2003804A (en) * 1932-07-21 1935-06-04 Gen Motors Corp Lens
US3064125A (en) * 1957-09-30 1962-11-13 Corning Glass Works Luminair
US3619023A (en) * 1969-03-04 1971-11-09 Trw Inc Optical element for generating contour stripes
US3761184A (en) * 1972-02-07 1973-09-25 Itek Corp Wide angle, narrow bandwidth laser detection system
US3988066A (en) * 1974-01-12 1976-10-26 Canon Kabushiki Kaisha Light exposure apparatus for printing
US4023888A (en) * 1975-09-12 1977-05-17 Minnesota Mining And Manufacturing Company Flashing retroreflecting device
DE2803277A1 (de) * 1978-01-26 1979-08-02 Bosch Gmbh Robert Vorrichtung zur belichtung einer auf eine oberflaeche eines substrats aufgebrachten fotolackschicht
JPS6038681B2 (ja) * 1978-09-27 1985-09-02 キヤノン株式会社 紫外用多層膜
US4321594A (en) * 1979-11-01 1982-03-23 American District Telegraph Company Passive infrared detector
US4389115A (en) * 1981-08-06 1983-06-21 Richter Thomas A Optical system
CA1191728A (en) * 1982-02-08 1985-08-13 Marvin Waddington, Jr. Imaging system utilizing a fresnel lens
JPS59101831A (ja) * 1982-12-01 1984-06-12 Canon Inc 半導体焼付露光装置
JPS60102737A (ja) * 1983-11-10 1985-06-06 Canon Inc シヤツタ−装置
US4770525A (en) * 1986-03-24 1988-09-13 Casio Computer Co., Ltd. Liquid crystal projector

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180037378A (ko) * 2016-10-04 2018-04-12 인하대학교 산학협력단 비구면 렌즈

Also Published As

Publication number Publication date
EP0250975B1 (en) 1991-08-28
EP0250975A2 (en) 1988-01-07
KR880000804A (ko) 1988-03-29
EP0250975A3 (en) 1988-03-23
US5005959A (en) 1991-04-09
DE3772467D1 (de) 1991-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0066295B1 (en) Reflection type optical focusing apparatus
US4498742A (en) Illumination optical arrangement
US4497013A (en) Illuminating apparatus
US6523985B2 (en) Illuminating device
JP3608580B2 (ja) 照明光学装置、露光装置、露光方法、及びフライアイレンズ
JPH06214318A (ja) 反射型ホモジナイザーおよび反射型照明光学装置
JPH01145642A (ja) 指紋撮像用光学システム
JPS62218920A (ja) 多重倍率短焦点距離レンズ・アレイ
JP2997351B2 (ja) 照明光学装置
JPS63165837A (ja) 高さを減少された透過性オーバーヘッド・プロジェクタ
KR910001503B1 (ko) 조명용의 광학계
KR910001504B1 (ko) 평행광 조명용의 광학계
JP2002516650A (ja) 投影光源
KR910008066B1 (ko) 피조사면의 주변부의 조도를 증가시키는 광학계
JPS62115719A (ja) 照明光学系
US4427283A (en) Scratch suppressing illumination system for photographic printer
US5386266A (en) Projection exposure system
US4380390A (en) Exposure correcting device
US7119889B2 (en) Apparatus for reducing ambient light into an optical print scanner
US5010465A (en) Optical lighting system
JP2720154B2 (ja) 平行光照明用の照明装置
JPH02289834A (ja) 照明装置
JP2575501B2 (ja) 照明用光学系
JPH10115933A (ja) 光照射装置
JP2997350B2 (ja) 照明光学装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
G160 Decision to publish patent application
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 19940319

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee