WO2000005606A2 - Homogenisierungsfilter für ein optisches strahlungsfeld - Google Patents

Homogenisierungsfilter für ein optisches strahlungsfeld Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a homogenization filter for an optical radiation field according to the features of the preamble of independent claim 1 and a method suitable for its production
  • the image quality of optical systems is significantly influenced by its illumination device.
  • the intensity curve in the image plane often shows a decrease in intensity towards the edge Structure of the optical system there is also the case that
  • Image field appears with a darker center and a lighter edge. This applies to image fields that are viewed visually as well as those that are evaluated, for example, photographically or with a video camera
  • the maximum intensity in the center of the illuminating beam for special observations.
  • users generally want the illumination to be as uniform as possible across the entire field of view
  • a so-called gray gradient filter in an illumination device. This has a radial gray gradient that is rotationally symmetrical with respect to its center, in which the degree of absorption of the filter decreases from the center to the edge If an illumination beam path is inserted with the light intensity falling towards the edge of the image field, the intensity is homogenized over the entire image field
  • radial gray gradient filters can be produced in a vapor deposition system by covering a translucent substrate with a partially reflective or absorbing vapor deposition layer. During the vapor deposition process, a slit diaphragm is rotated in front of the substrate wafer, the rotation taking place around the center of the substrate wafer and that Cover the substrate from the center to the edge. As the speed of rotation of the slot in front of the substrate increases towards the outside, less absorbent material per surface element is vapor-deposited on the edge of the substrate than in the middle Change layer towards the edge
  • Another possibility for producing the gray gradient filter is to arrange an iris diaphragm in front of the substrate in the vapor deposition system and to slowly open this during the vapor deposition process. As a result, the edge of the substrate is less vaporized than the center
  • the homogenization filter according to the invention consists of a transparent substrate on which a grid of small opaque flat elements is applied, for example a vapor-deposited or sputtered dot grid.
  • the area ratio between the vaporized and non-vaporized substrate area determines the transmittance of the homogenization filter
  • a radial course of the transmittance is required, for example, to compensate for an intensity drop from the center to the edge of the image field.
  • Such a transmittance is generated by The proportion of the vaporized substrate area is larger than towards the edge.
  • the homogenization filter is vaporized in such a way that the percentage of the vaporized substrate area increases from the center to the edge
  • the profile of the transmittance of the homogenization filter can be adapted exactly to the intensity that differs over the field of view of the microscope Strips of the homogenization filter, assigned When installing such a non-rotationally symmetrical homogenization filter, the orientation of the homogenization filter in the beam path must then be carried out correctly
  • the homogenization filter is arranged in a plane conjugate to the image plane.
  • it is used in a known microscope illumination device with a light source and the like arranged starting from an illumination beam path through a collector in the vicinity of this collector.
  • a diffusion disk which is usually arranged in the aperture plane of the microscope, is used to blur the microscopic, local shadowing in the illumination beam path produced by the vapor-deposited flat elements.
  • FIG. 1d an exemplary embodiment of a homogenization filter according to the invention with transmission gradually increasing radially to the edge with flat elements of the same size
  • FIG. 1e an exemplary embodiment of a homogenization filter according to the invention with strips of the same transmission
  • FIG. 4 radial continuous transmission curve of a homogenization filter matched to the light intensity in FIG. 3, FIG.
  • FIG. 1 a shows an exemplary embodiment of a homogenization filter 6 according to the invention. It consists of a transparent substrate 12 on which a grid of separate, small flat elements 13 made of a light permeable material are applied, for example, by vapor deposition or sputtering.
  • the flat elements 13 are shown enlarged. Depending on the vapor deposition material used, they reflect or absorb the incident light as completely as possible.
  • the shape and arrangement of the flat elements 13 are arbitrary, provided they produce the desired transmission values
  • the substrate 12 is covered to different degrees with flat elements 13 in different flat areas of the homogenization filter 6. This results in locally different degrees of transmission.
  • Their adaptation to an inhomogeneous optical radiation field takes place, for example, by applying differently sized flat elements 13 with approximately or exactly the same grid size in the different flat areas
  • Another possibility is then to arrange flat elements 13 of the same size on the substrate 12 with different grid dimensions, that is to say with different densities
  • the adaptation is achieved in that the surface elements 13 are selected to be continuously smaller from the center of the homogenization filter 6 to its edge.
  • the surface ratio between the non-vaporized and vaporized substrate surface has a continuously radial course, so that there is a continuous Radial transmission curve results therefore the unevaporated substrate area increases from the center of the homogenization filter 6 to its edge.
  • the radial course of the transmission behavior of the homogenization filter 6 achieved in this example is exactly in this example a continuously radial light inhomogeneity to be corrected in the optical radiation field of an illuminating beam - Gear adjusted, in which the associated image field without the Homogenization filter 6 appears brighter in the middle than at the edge
  • FIG. 1b shows a homogemsation filter 6 with a radial course of the transmission behavior that is reversed compared to FIG. 1a, ie the transmission decreases from the inside to the outside.
  • the size of the flat elements 13 is from the center to the edge of the homogenization filter 6 is chosen continuously larger.
  • This homogenization filter 6 is suitable for the homogenization of an optical radiation field which provides a lower light intensity at its edge in the center of an assigned image field
  • FIG. 1c shows such a homogenization filter 6 with four concentric flat areas transmission increasing gradually from the center to the edge
  • the flat areas consist of a central circle 14 and surrounding concentric circular rings 15, each with flat elements 13 of the same size.
  • the flat areas are separated in the drawing only for clarification by auxiliary lines, which, however, are not vapor-deposited
  • the circle 14 and the individual circular rings 15 each have a different transmission.
  • the gradation of the transmission values and the size of the associated flat areas 14, 15 are adapted to the inhomogeneity of the assigned optical radiation field to be corrected
  • Different degrees of transmission in different flat areas of a homogenization filter 6 according to the invention can not only be achieved by applying different sized flat elements 13. Rather, they can also be achieved by applying flat elements 13 of the same size and the density of these flat elements 13, ie the distances between the flat elements 13, on the homogenization filter 6 is locally different
  • the flat elements 13 are of the same size on the entire substrate 12.
  • This homogenization filter 6 is also characterized by a radial, stepped transmission curve. circle 14 and all around concentric circular rings 15 each with the same density of the flat elements 13. The resulting pattern is irrelevant. Decisive for the local transmittance is the area ratio between the vaporized and non-vaporized substrate surface in the circle 14 or in the circular rings 15 of the homogenization filter 6 is adapted exactly to the inhomogeneity of the light intensity in the image plane to be corrected, here rotationally symmetrically graded, so that the image field illumination achieved is homogeneous
  • FIG. D shows a homogenization filter 6 for an optical radiation field with a streak-shaped brightening proves that parallel strips 16 with the same local transmission are present as the flat areas.
  • the strips 16 are each covered with flat elements 13 of the same size, the size of which varies from strip to strip.
  • the middle strip 16 has the lowest transmission Transmission of the adjacent strips 16 to each
  • the homogenization filter 6 according to the invention is produced simply and inexpensively, for example by vapor deposition of the flat elements 13, with no moving parts being necessary in the vapor deposition system.
  • the vapor deposition can be carried out using a perforated stencil placed in front of the substrate 12, although such a perforated stencil is only relative has large holes and accordingly only larger flat elements 13 can be vapor-deposited, this method proves to be practicable because the local shadowing in the image field plane generated by such a homogenization filter 6 is provided by a diffusing screen, which as a rule already exists in the aperture diaphragm plane anyway is evenly blurred so it is possible use the homogemsation filter 6 in a wide variety of illumination beam paths
  • Another form of production then consists in producing the required template photohthographically.
  • photoresist is applied to the substrate 12, exposed at the locations for the desired flat elements 13, and the exposed locations are detached by the “holes” of the template produced in this way
  • the desired surface elements 13 can then be vapor-deposited.
  • much smaller surface elements 13 can be produced than using a conventionally perforated template. This can be advantageous, for example, if the transmission profile is very sensitive to an existing light inhomogeneity profile Must be adjusted in the image plane
  • the new homogemsation filter 6 a better adaptation to an existing, arbitrarily symmetrical or asymmetrically distributed intensity profile in the image field can be achieved than with conventional gray gradient filters
  • the cheapest way of producing a homogenization filter 6 according to the invention is to use a printable, transparent film as substrate 12 and to apply a grid of flat elements 13 with black paint manually or in the printing process.This can be done, for example, in a simple manner using a personal computer using a Graphic program take place with which the desired flat elements, flat areas and the desired grid are generated. The flat elements 13 are then printed on the film with a printer connected to the computer. It is also conceivable to first print them out on paper and then by copying them onto a transparent film transferred to
  • An illumination beam path 2 goes from a light source 1 with a lamp filament 4 with an optical illumination axis 3 from alternative, another light source, for example with a discharge arc instead of a lamp filament, can also be used
  • a homogemsation filter 6 Arranged one after the other in the illuminating beam path 2 and immediately afterwards is a homogemsation filter 6 according to the invention with applied surface elements 13. A first lens element 7 and an aperture diaphragm 8 then follow. In the plane of the aperture diaphragm, a diffuser 9 is arranged, which closes the fine local shadows generated by the homogenization filter 6 a homogeneous intensity profile finally blurred, a second lens element 10 is arranged
  • the lamp filament 4 of the light source 1 is imaged in the plane of the aperture diaphragm 8 and the homogenization filter 6 in the luminous field diaphragm plane 11.
  • the intensity profile in the luminous field diaphragm plane 11 or correspondingly in the image plane can be achieved by suitable surface coverage of the homogenizing filter 6 with opaque flat elements 13 can be influenced as desired
  • the smoothing of the profile is carried out by the diffuser 9
  • FIG. 3 shows a course of the light intensity in an image plane, which an illumination beam path of a microscope known from the prior art would produce without a gray gradient filter and without the insertion of the homogenization filter 6 according to the invention.
  • the light intensity has in the center of the image, ie on the optical illumination axis 3, a maximum and decreases to the edge of the field of view
  • FIG. 4 shows the radial transmission curve of the homogenization filter 6 in cooperation with the lens 9.
  • the illustration shows that the transmission T in the middle of the homogenization filter 6, that is at radius r 0 , has its lowest value and that it is at r max , the edge of the homogenization filter 6 increases
  • FIG. 5 shows a distribution of the light intensity in the light field diaphragm plane 11 and thus also in the image plane conjugate to it, which the homogenization filter 6 according to the invention according to FIG. 4 achieves in an illumination beam path with the intensity curve from FIG. 3.
  • This distribution shows a very homogeneous intensity curve over the entire field of view, which is generated by inserting the homogenization filter 6 in the vicinity of the collector 5 and using the diffusing screen 9 in the aperture diaphragm plane.
  • the use of a combination of a homogenization filter 6 according to the invention and a diffuser 9 disclosed by the invention and the configuration of the features is not limited to the application disclosed by the description. Rather, the new homogenization filter can be used in lighting devices of entirely different devices, such as, for example, projection devices or photoexposure devices.

Abstract

Es wird ein Homogenisierungsfilter (6) für ein optisches Strahlungsfeld eines Beleuchtungsstrahlengangs (2) angegeben, welches in Zusammenwirken mit einer Streuscheibe (9) eine Homogenisierung einer Lichtintensität in einer Bildebene erzielt. Es besteht aus einem transparenten Substrat (12), auf das ein Raster aus lichtundurchlässigen Flächenelementen (13) aufgebracht ist. Das Homogenisierungsfilter (6) wird beispielsweise in einem Auflicht- oder Durchlicht-Beleuchtungsstrahlengang (2) eines Mikroskops in einer zur Bildebene konjugierten Lage, z.B. in der Nähe des Kollektors (5), eingesetzt. Eine üblicherweise in der Aperturblendenebene vorhandene Streuscheibe (9) wird ausgenutzt, um die von den Flächenelementen (13) erzeugten Schatten im Beleuchtungsstrahlengang (2) zu verwischen. Durch Variation des Flächenverhältnisses zwischen unbedampfter und bedampfter Substratfläche können an jeder beliebigen Stelle des Homogenisierungsfilters (6) gewünschte lokale Transmissionswerte erzeugt und damit sowohl radiale als auch nicht-rotationssymmetrische Inhomogenitäten ausgeglichen werden.

Description

Homogenisierungsfilter für ein optisches Strahlungsfeld
Die Erfindung betrifft ein Homogenisierungsfilter fur ein optisches Strahlungsfeld entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 und ein zu seiner Herstellung geeignetes Verfahren
Die Bildqualitat optischer Systeme, z B eines Projektors oder eines Mikroskops, wird neben den Abbildungseigenschaften wesentlich durch seine Beleuchtungseinrichtung beeinflußt In Mikroskopen mit üblichen Beleuchtungseinrichtungen z B unter Verwendung von Halogenquarzlampen weist der In- tensitatsverlauf in der Bildebene häufig einen Intensitatsabfall zum Rand hin auf Je nach Aufbau des optischen Systems gibt es auch den Fall, daß das
Bildfeld mit einer dunkleren Mitte und einem helleren Rand erscheint Dies gilt sowohl für Bildfelder, die visuell betrachtet werden als auch solche, die beispielsweise fotografisch oder mit einer Videokamera ausgewertet werden
Je nach Zielsetzung des Anwenders kann es beispielsweise von Vorteil sein, die maximale Intensität in der Mitte des Beleuchtungsstrahls für spezielle Beobachtungen auszunutzen In der Regel wünschen die Anwender hingegen eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung über das gesamte Sehfeld hinweg Für diesen Fall ist es bekannt, in eine Beleuchtungseinrichtung ein sogenanntes Grauverlauf-Filter einzusetzen Dieses weist einen bezüglich seiner Mitte rotationssymmetrischen radialen Grauverlauf auf, bei dem der Absorptionsgrad des Filters von der Mitte zum Rand hin abnimmt Wird nun dieses Grau- verlauf-Filter zentral in einen Beleuchtungsstrahlengang mit zum Rand des Bildfelds abfallender Lichtintensitat eingefugt, wird eine Homogenisierung der Intensität über das gesamte Bildfeld erzeugt
Diese bekannten radialen Grauverlauf-Filter lassen sich in einer Aufdampfanlage herstellen, indem ein lichtdurchlässiges Substrat mit einer teilweise re- flektierenden oder absorbierenden Aufdampfschicht belegt wird Wahrend des Aufdampfvorgangs wird vor der Substratscheibe eine Schlitzblende gedreht, wobei die Drehung um die Mitte der Substratscheibe erfolgt und die Blende das Substrat von der Mitte bis zum Rand hin überdeckt Da nach außen hin die Drehgeschwindigkeit des Schlitzes vor dem Substrat zunimmt, wird am Rand des Substrats weniger absorbierendes Material pro Flachenelement aufgedampft als in der Mitte Über die Wahl der Schlitzform laßt sich der Absorptionsverlauf der aufgedampften Schicht zum Rand hin verandern
Eine andere Möglichkeit zur Herstellung des Grauverlauf-Filters besteht darin, daß man in der Aufdampfanlage vor dem Substrat eine Irisblende anordnet und diese wahrend des Aufdampfvorgangs langsam aufzieht Dadurch wird der Rand des Substrats weniger bedampft als die Mitte
Der Nachteil beider Herstellungsverfahren liegt in der Verwendung bewegter Teile in der Aufdampfanlage So erzeugen grundsätzlich alle bewegten Teile mechanischen Abrieb, der bei einem Aufdampfvorgang zu einer unerwunsch- ten Verunreinigung des Substrats und der Aufdampfanlage fuhrt Für eine wirtschaftliche Fertigung der Grauverlauf-Filter ist eine aufwendige Mechanik erforderlich, die es gestattet mehrere Substrate gleichzeitig zu bedampfen Eine solche mechanische Vorrichtung ist in der Anschaffung sehr teuer und zieht hohe Folgekosten nach sich So entstehen hohe Rüstzeiten zum Einle- gen der Substrate und zur Justierung der Substrate gegenüber den einzelnen Schlitzblenden oder Insblenden Auch die Reinigung des aufwendigen mechanischen Systems ist sehr zeitintensiv
Die hohen Anschaffungskosten der Herstellungsanlagen und der hohe Zeiteinsatz bei der Herstellung fuhren dazu, daß Grauverlauf-Filter sehr teuer sind Außerdem können mit derartigen Grauverl auf- Filtern nur rotationssymmetrische Inhomogenitäten der Lichtintensitat in der Bildebene ausgeglichen werden Beispielsweise lassen sich damit streifenformige Abschattungen im Bildfeld nicht beeinflussen
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Homogemsierungsfilter für eine Beleuchtungseinrichtung anzugeben, welches einfach und preiswert herzustellen ist Es soll eine sehr gute Homogenisierung des Intensitatsver- laufs im Bildfeld bewirken und auch an nicht-rotationssymmetrische Intensi- tatsverlaufe anpaßbar sein
Diese Aufgabe wird bei einem Homogemsierungsfilter der eingangs genannten Art erfindungsgemaß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelost Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteranspruche
Das erfindungsgemaße Homogemsierungsfilter besteht aus einem transpa- rentem Substrat, auf das ein Raster aus kleinen lichtundurchlassigen Flachenelementen aufgebracht ist, beispielsweise einem aufgedampften oder aufge- sputterten Punktraster Das Flachenverhaltms zwischen bedampfter und unbedampfter Substratflache bestimmt den Transmissionsgrad des Homogeni- sierungsfilters
Ein radialer Verlauf des Transmissionsgrades wird beispielsweise zum Ausgleich eines Intensitatsabfalis von der Mitte zum Rand des Bildfelds benotigt Ein solcher Transmissionsgrad wird erzeugt, indem in der Mitte des Homoge- msierungsfilters der Anteil der bedampften Substratflache großer ist als zum Rand hin Liegt dagegen ein Bildfeld mit dunkler Mitte und hellerem Rand vor, wird das Homogemsierungsfilter so bedampft, daß der Anteil der bedampften Substratflache von der Mitte zum Rand hin zunimmt
Selbst bei nicht-rotationssyrnmetrischen Intensitatsverlaufen, beispielsweise streifenformigen Abschattungen, kann das Profil des Transmissionsgrads des Homogenisierungsfilters exakt der über das Sehfeld des Mikroskops unterschiedlichen Intensität angepaßt werden Dazu werden den helleren Flachen des Bildfelds entsprechend absorbierende Flachen des Homogenisierungsfil- ters, im genannten Beispiel also starker absorbierende Streifen des Homogenisierungsfilters, zugeordnet Beim Einbau eines solchen nicht-rotationssym- metnschen Homogenisierungsfilters muß dann die Orientierung des Homogenisierungsfilters im Strahlengang richtig vorgenommen werden
Auf diese Weise wird mit dem erfindungsgemaßen Homogemsierungsfilter für die unterschiedlichsten Intensitats-Inhomogemtaten im Beleuchtungs- und Abbildungsstrahlengang eine optimale Homogenisierung der Lichtintensitat über das gesamte Bildfeld erzielt
Ein Einsatzgebiet des erfindungsgemaßen Homogenisierungsfilters ist beispielsweise die Verwendung in einem Beleuchtungsstrahlengang eines Mikro- skops, sowohl im Auflicht als auch im Durchlicht Das Homogemsierungsfilter wird dabei in einer zur Bildebene konjugierten Ebene angeordnet So wird es beispielsweise in einer bekannten Mikroskop-Beleuchtungseinrichtung mit einer Lichtquelle und davon ausgehend einem Beleuchtungsstrahlengang durch einen Kollektor in der Nahe dieses Kollektors angeordnet Eine ubh- cherweise in der Aperturebene des Mikroskops angeordnete Streuscheibe wird ausgenutzt, um die durch die aufgedampften Flachenelemente erzeugte mikroskopische, lokale Abschattung im Beleuchtungsstrahlengang zu verwischen Die Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung naher erläutert Es zeigen
Fig. 1a: ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemaßen Homogenisierungsfilters mit kontinuierlich radial zum Rand ansteigender Trans- mission,
Fig. 1b: ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemaßen Homogenisierungsfilters mit kontinuierlich radial zum Rand abfallender Transmission,
Fig. 1c: ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemaßen Homogenisie- rungsfilters mit stufenweise radial zum Rand ansteigender Transmission mit unterschiedlich großen Flachenelementen,
Fig. 1d: ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemaßen Homogenisierungsfilters mit stufenweise radial zum Rand ansteigender Transmission mit gleich großen Flachenelementen, Fig. 1e: ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemaßen Homogenisierungsfilters mit Streifen gleicher Transmission,
Fig. 2 Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop mit einem erfindungsgemaßen Homogemsierungsfilter,
Fig. 3 Verlauf der Lichtintensitat im Bildfeld eines Mikroskops ohne Homo- ge sierungsfilter,
Fig. 4 radialer kontinuierlicher Transmissionsverlauf eines auf die Lichtintensitat in Fig. 3 abgestimmten Homogenisierungsfilters,
Fig. 5 Verlauf der homogenisierten Lichtintensitat im Bildfeld aus Fig. 3 durch Verwendung eines Homogenisierungsfilters mit einer Trans- mission wie in Fig. 4,
Fig. 1a zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemaßen Homogenisierungsfilters 6 Es besteht aus einem transparentem Substrat 12, auf das ein Raster aus separaten, kleinen Flachenelementen 13 aus einem lichtun- durchlassigen Material z B durch Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht sind Die Flachenelemente 13 sind vergrößert dargestellt Je nach verwendeten Aufdampfmatenal reflektieren oder absorbieren sie das auftreffende Licht möglichst vollständig Die Form und Anordnung der Flachenelemente 13 sind beliebig, sofern sie gewünschten Transmissionswerte erzeugen
Das Substrat 12 ist in unterschiedlichen Flachenbereichen des Homogenisierungsfilters 6 in unterschiedlichem Maß mit Flachenelementen 13 bedeckt Dadurch ergeben sich lokal unterschiedliche Transmissionsgrade Deren Anpassung an ein inhomogenes optisches Strahlungsfeld erfolgt beispielsweise, indem in den verschiedenen Flachenbereichen verschieden große Flachenelemente 13 mit ungefähr oder genau gleichem Rastermaß aufgebracht sind Eine andere Möglichkeit besteht dann, gleich große Flachenelemente 13 mit unterschiedlichem Rastermaß, also mit unterschiedlicher Dichte, auf dem Substrat 12 anzuordnen
In dem Beispiel in Fig. 1a wird die Anpassung dadurch erreicht, daß die Flachenelemente 13 von der Mitte des Homogenisierungsfilters 6 zu seinem Rand hin kontinuierlich kleiner gewählt sind Das Flachenverhaltms zwischen unbedampfter und bedampfter Substratflache weist einen kontinuierlich radialen Verlauf auf, so daß sich ein kontinuierlich radialer Transmissionsverlauf ergibt Daher nimmt die unbedampfte Substratflache von der Mitte des Homogenisierungsfilters 6 zu seinem Rand hin zu Der dadurch erzielte radiale Verlauf des Transmissionsverhaltens des Homogenisierungsfilters 6 ist in diesem Beispiel exakt an eine zu korrigierende, kontinuierlich radiale Licht- Inhomogenitat in dem optischen Strahlungsfeld eines Beleuchtungsstrahlen- gangs angepaßt, bei der das zugehörige Bildfeld ohne das Homoge sierungsfilter 6 in der Mitte heller erscheint als am Rand
Fig. 1b zeigt ein Homogemsierungsfilter 6 mit gegenüber Fig. 1a umgekehrtem radialem Verlauf des Transmissionsverhaltens, d h die Transmission nimmt von innen nach außen ab Die Große der Flachenelemente 13 ist von der Mitte zum Rand des Homogenisierungsfilters 6 kontinuierlich großer gewählt Dieses Homoge sierungsfilter 6 eignet sich zur Homogenisierung eines optischen Strahlungsfelds, das in der Mitte eines zugeordneten Bildfeldes eine geringere Lichtintensitat liefert an seinem Rand
Ist jedoch der Verlauf der zu korrigierenden Licht-Inhomogenitat im Bildfeld weniger kontinuierlich, sondern z B radial abgestuft, so kann der Verlauf der Transmission des Homogenisierungsfilters 6 entsprechend in Stufen gestaltet werden So zeigt Fig. 1c beispielsweise ein solches Homogemsierungsfilter 6 mit vier konzentrischen Flachenbereichen mit stufenweise von der Mitte zum Rand ansteigender Transmission Die Flachenbereiche bestehen aus einem zentralen Kreis 14 und umliegend konzentrischen Kreisringen 15 mit jeweils gleich großen Flachenelementen 13 Die Flachenbereiche sind in der Zeichnung lediglich zur Verdeutlichung durch Hilfslinien getrennt, die aber nicht mit aufgedampft sind Der Kreis 14 und die einzelnen Kreisringe 15 weisen je- weils eine unterschiedliche Transmission auf Die Abstufung der Transmissionswerte und die Große der zugehörigen Flachenbereiche 14, 15 ist auf die zu korrigierende Inhomogenität des zugeordneten optischen Strahlungsfelds angepaßt
Unterschiedliche Transmissionsgrade in verschiedenen Flachenbereichen eines erfindungsgemaßen Homogenisierungsfilters 6 können nicht nur durch verschieden große aufgebrachte Flachenelemente 13 erzielt werden Vielmehr können sie auch dadurch erreicht werden, daß gleich große Flachenelemente 13 aufgebracht werden und die Dichte dieser Flachenelemente 13, d h die Abstände zwischen den Flachenelementen 13, auf dem Homo- gemsierungsfilter 6 lokal unterschiedlich ist
So sind in einem weiteren, in Fig. 1d dargestellten Ausfuhrungsbeispiel eines Homogenisierungsfilters 6 die Flachenelemente 13 auf dem gesamten Substrat 12 gleich groß Auch dieses Homogemsierungsfilter 6 zeichnet sich durch einen radialen, gestuften Transmissionsverlauf aus Es weist einen mit- tigen Kreis 14 und umhegend konzentrische Kreisringe 15 mit jeweils gleicher Dichte der Flachenelemente 13 auf Das entstandene Muster ist dabei unerheblich Entscheidend für den lokalen Transmissionsgrad ist jeweils das Fla- chenverhaltms zwischen bedampfter und unbedampfter Substratflache im Kreis 14 bzw in den Kreisringen 15 Damit wird der Transmissionsverlauf des Homogenisierungsfilters 6 exakt auf die zu korrigierende, hier rotationssymmetrisch gestufte Inhomogenität der Lichtintensitat in der Bildebene angepaßt, so daß die erzielte Bildfeldausleuchtung homogen ist
Mit dem erfindungsgemaßen Homogemsierungsfilter 6 können grundsätzlich beliebig geartete Inhomogenitäten in einem optischen Strahlungsfeld ausgeglichen werden, also nicht nur rotationssymmetrische Als Beispiel zeigt Fig. d ein Homogemsierungsfilter 6 für ein optisches Strahlungsfeld mit einer streifenformigen Aufhellung Entsprechend ist das Substrat 12 des Homogenisierungsfilters 6 so mit Flachenelementen 13 belegt, daß als Flachenberei- ehe parallele Streifen 16 mit jeweils gleicher lokaler Transmission vorhanden sind Die Streifen 16 sind jeweils mit gleich großen Flachenelementen 13 bedeckt, deren Große von Streifen zu Streifen unterschiedlich ist Der mittlere Streifen 16 besitzt die geringste Transmission Zu beiden Seiten nimmt die Transmission der angrenzenden Streifen 16 jeweils zu
Die Herstellung des erfindungsgemaßen Homogenisierungsfilters 6 erfolgt einfach und preiswert beispielsweise durch Aufdampfen der Flachenelemente 13, wobei keinerlei bewegte Teile in der Aufdampfanlage erforderlich sind So kann die Aufdampfung beispielsweise unter Verwendung einer vor dem Substrat 12 plazierten, gelochten Schablone erfolgen Obwohl eine solche gelochte Schablone nur relativ große Locher aufweist und dementsprechend auch nur größere Flachenelemente 13 aufgedampft werden können, erweist sich dieses Verfahren als praktikabel Denn die von einem solchen Homogemsierungsfilter 6 erzeugten lokalen Abschattungen in der Bildfeldebene werden durch eine Streuscheibe, die in der Regel ohnehin bereits in der Aper- turblendenebene vorhanden ist, gleichmäßig verwischt Damit ist es möglich, das Homogemsierungsfilter 6 in den unterschiedlichsten Beleuchtungsstrah- lengangen einzusetzen
Eine andere Form der Herstellung besteht dann, die benotigte Schablone photohthografisch zu erzeugen Dazu wird Fotolack auf das Substrat 12 auf- gebracht, an den Stellen für die gewünschten Flachenelemente 13 belichtet und die belichteten Stellen abgelost Durch die so erhaltenen "Locher" der photohthografisch erzeugten Schablone können dann die gewünschten Flachenelemente 13 aufgedampft werden Mit dem beschriebenen photo thogra- fischen Verfahren lassen sich wesentlich kleinere Flachenelemente 13 als unter Verwendung einer konventionell gelochten Schablone erzeugen Dies kann zum Beispiel von Vorteil sein, wenn man den Transmissionsverlauf sehr feinfühlig an ein vorhandenes Licht-Inhomogenitatsprofil in der Bildebene anpassen muß Hier zeigt sich, daß mit dem neuen Homogemsierungsfilter 6 eine bessere Anpassung an ein vorhandenes, beliebig symmetrisch oder un- symmetrisch verteiltes Intensitatsprofil im Bildfeld erzielt werden kann als mit herkömmlichen Grauverlauf-Filtern
Die preiswerteste Art der Herstellung eines erfindungsgemaßen Homogenisierungsfilters 6 ist, eine bedruckbare, transparente Folie als Substrat 12 zu verwenden und darauf mit schwarzer Farbe ein Raster aus Flachenelementen 13 manuell oder im Druckverfahren aufzubringen Dies kann z B in einfacher Weise mit einem Personal Computer unter Ausnutzung eines Grafikprogramms erfolgen, mit dem die gewünschten Flachenelemente, Flachenbereiche und das gewünschte Raster erzeugt werden Die Flachenelemente 13 werden dann mit einem an dem Computer angeschlossenen Drucker auf die Folie gedruckt Es ist auch denkbar, sie zunächst auf Papier auszudrucken und dann durch Kopieren auf eine transparente Folie zu übertragen
Fig. 2 zeigt als Verwendungsbeispiel das erfindungsgemaße Homogemsierungsfilter 6 in einer Beleuchtungseinrichtung für ein Mikroskop Von einer Lichtquelle 1 mit einer Lampenwendel 4 geht ein Beleuchtungsstrahlengang 2 mit einer optischen Beleuchtungsachse 3 aus Alternativ kann auch eine andere Lichtquelle, beispielsweise mit einem Entladungsbogen anstelle einer Lampenwendel, verwendet werden
Im Beleuchtungsstrahlengang 2 sind nacheinander ein Kollektor 5 und dicht danach ein erfmdungsgemaßes Homogemsierungsfilter 6 mit aufgebrachten Flachenelementen 13 angeordnet Danach folgen ein erstes Linsenglied 7 und eine Aperturblende 8 In der Aperturblendenebene ist eine Streuscheibe 9 angeordnet, welche die von dem Homogemsierungsfilter 6 erzeugten feinen lokalen Abschattungen zu einem homogenen Intensitatsprofil verwischt Ab- schließend ist ein zweites Linsenglied 10 angeordnet
Mit diesem Beleuchtungsstrahlengang 2 wird die Lampenwendel 4 der Lichtquelle 1 in die Ebene der Aperturblende 8 und das Homogemsierungsfilter 6 in die Leuchtfeldblendenebene 11 abgebildet Das Intensitatsprofil in der Leuchtfeldblendenebene 11 bzw entsprechend in der Bildebene kann durch geeignete Flachenbelegung des Homogenisierungsfilters 6 mit hchtundurch- lassigen Flachenelementen 13 beliebig beeinflußt werden Die Glattung des Profils erfolgt jeweils durch die Streuscheibe 9
Fig. 3 stellt einen Verlauf der Lichtintensitat in einer Bildebene dar, den ein vom Stand der Technik bekannter Beleuchtungsstrahlengang eines Mikro- skops ohne ein Grauverlauf-Filter und ohne die Einfügung des erfindungsgemaßen Homogenisierungsfilters 6 erzeugen wurde Die Lichtintensitat hat in der Bildmitte, d h auf der optischen Beleuchtungsachse 3, ein Maximum und sinkt zum Rand des Sehfeldes ab
Fig. 4 zeigt den radialen Transmissionsverlauf des Homogenisierungsfilters 6 im Zusammenwirken mit der Streuscheibe 9 Die Darstellung zeigt, daß die Transmission T in der Mitte des Homogenisierungsfilters 6, also beim Radius r0 , ihren geringsten Wert hat und daß sie zu rmax , dem Rand des Homogenisierungsfilters 6, hin ansteigt Fig. 5 zeigt eine Verteilung der Lichtintensität in der Leuchtfeldblendenebene 11 und damit auch in der dazu konjugierten Bildebene , die das erfindungsgemäße Homogenisierungsfilter 6 zu Fig. 4 in einem Beleuchtungsstrahlengang mit dem Intensitätsverlauf aus Fig. 3 erzielt. Diese Verteilung zeigt einen sehr homogenen Intensitätsverlauf über das gesamte Sehfeld, der durch das Einfügen des Homogenisierungsfilters 6 in der Nähe des Kollektors 5 und unter Ausnutzung der Streuscheibe 9 in der Aperturblendenebene erzeugt wird. Der durch die Erfindung offenbarte Einsatz einer Kombination aus einem erfindungsgemäßen Homogenisierungsfilter 6 und einer Streuscheibe 9 und die Ausgestaltung der Merkmale ist nicht auf die durch die Beschreibung offenbarte Anwendung beschränkt. Vielmehr kann das neue Homogenisierungsfilter in Beleuchtungseinrichtungen gänzlich anderer Geräte, wie beispielsweise Projektionsgeräten oder Fotobelichtungsgeräten, eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste
Lichtquelle
Beleuchtungsstrahlengang
optische Beleuchtungsachse
Lampenwendel
Kollektor
Homogenisierungsfilter
erstes Linsenglied
Aperturblende
Streuscheibe
zweites Linsenglied
Leuchtfeldblendenebene
transparentes Substrat
lichtundurchlässige Flächenelemente
mittiger Kreis
konzentrische Kreisringe
parallele Streifen

Claims

Patentansprüche
Homogemsierungsfilter (6) für ein optisches Strahlungsfeld eines Beleuchtungsstrahlengangs (2) in einem Mikroskop dadurch gekennzeichnet, auf ein transparentes Substrat (12) ein gleichmäßiges oder ungleichmäßiges Raster aus chtundurchlassigen Flachenelementen (13) aufgebracht
Figure imgf000015_0001
Homogemsierungsfilter (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der mit Flachenelementen (13) bedeckten Substratflache und damit der Transmissionsgrad des Homogenisierungsfilters (6) in verschiedenen Flachenbereichen (14,15,16) des Homogenisierungsfilters (6) unterschiedlich ist
Homogemsierungsfilter (6) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der mit Flachenelementen (13) bedeckten Substratflache von der Mitte des Homogenisierungsfilters (6) zu seinem Rand hin kontinuierlich radial abnimmt oder zunimmt
Homogemsierungsfilter (6) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der mit Flachenelementen (13) bedeckten Substratflache von der Mitte des Homogenisierungsfilters (6) zu seinem Rand hin in konzentrischen Flachenbereichen in Stufen radial abnimmt oder zunimmt Homogemsierungsfilter (6) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der mit Flachenelementen (13) bedeckten Substratflache in einem streifenformigen Flachenbereich großer oder kleiner ist als auf der übrigen Substratflache
Homogemsierungsfilter (6) nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in den verschiedenen Flachenbereichen die Flachenelemente (13) unterschiedlich groß und nur innerhalb jedes einzelnen Flachenbereichs jeweils gleich groß und ihre Rasterabstande in allen Flachenbereichen gleich oder ungefähr gleich groß sind
Homogemsierungsfilter (6) nach den Ansprüchen 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Homogemsierungsfilter (6) als Flachenbereiche einen mittigen Kreis (14) und umhegend konzentrische Kreisringe (15) und in diesen Flachenbereichen unterschiedlich große Flachenelemente (13) aufweist
Homogemsierungsfilter (6) nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in allen Flachenbereichen die Flachenelemente (13) gleich groß und ihre Rasterabstande in den verschiedenen Flachenbereichen unterschiedlich, jedoch innerhalb jedes einzelnen Flachenbereichs jeweils gleich groß
Homogenisierungsfilter (6) nach den Ansprüchen 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Homogemsierungsfilter (6) als Flachenbereiche einen mittigen Kreis
(14) und umhegend konzentrische Kreisringe (15) und in diesen Flachenelementen eine unterschiedlich große Dichte der Flachenelemente (13) aufweist
10. Homogenisierungsfilter (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Flächenverhältnis zwischen unbedampfter und bedampfter Substratfläche für jeden Ort auf dem Homogenisierungsfilter (6) und damit der lo- kale Transmissionsverlauf des Homogenisierungsfilters (6) auf lokale Inhomogenitäten des optischen Strahlungsfeldes des Beleuchtungsstrahlengangs (2) abgestimmt ist, so daß die Lichtintensität in einem zugeordneten Bildfeld homogen ist.
11. Homogenisierungsfilter (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß es in einem Beleuchtungsstrahlengang (2) eines Mikroskops in der Nähe eines Kollektors (5) angeordnet ist und mit einer in der Aperturblendenebene angeordneten Streuscheibe (9) zusammenwirkt.
12. Verfahren zu Herstellung eines Homogenisierungsfilters (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelemente (13) durch Bedrucken oder Aufdampfen oder Sput- tern aufgebracht sind.
13. Verfahren zu Herstellung eines Homogenisierungsfilters (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelemente (13) unter Verwendung einer gelochten Schablone aufgebracht sind.
14. Verfahren zu Herstellung eines Homogenisierungsfilters (6) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelemente (13) unter Verwendung einer photohthografisch er- zeugten Schablone aufgebracht sind.
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