DE1924597A1

DE1924597A1 - Vorrichtung zur Erzeugung eines mehrfachen Bildes

Info

Publication number: DE1924597A1
Application number: DE19691924597
Authority: DE
Inventors: Serge Lowenthal
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1968-05-15
Filing date: 1969-05-14
Publication date: 1969-12-18
Also published as: GB1274318A; FR1592510A; US3609027A

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauier Dipi.-Ing. Gottfried Leiser Patentanwälte Telegramme: Labyrinth München

Telefon: 83 15 10 Postscheckkonto: München 117078

8000 MQnchen 60, 13» M&l 1389

Ernsbergerstrasse 19

Unser Zeichen: C 2678

THOMSON-CSF
101, Boulevard Murat, Paris l6e/Prankreich

Vorrichtung zur Erzeugung eines mehrfachen Bildes

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erzeugung von mehrfachen Bildern eines einzigen Gegenstandes, welche insbesondere für die Herstellung von Matrizen von integrierten Schaltungen durch Photogravüre verwendbar ist.

Bu/ku

Bei

909851/122

Bei der Herstellung solcher Schaltungen ist es erforder-' lieh, aufgrund einer integrierten Schaltung ein reelles Bild zu erhalten, welches eine große Anzahl von nebeneinanderliegenden, gleichen Elementen enthält.

Zu diesem Zweck sind mehrere Verfahren bekannt, bei welchen Hologramme verwendet werden. Insbesondere kann man ein Hologramm einer ebenen Anordnung von Lichtpunkten als räumliches optisches Filter in einem optischen System verwenden, in welchem eine doppelte Fourier-Transformation verwirklicht ist.

™ Alle diese Systeme arbeiten jedoch mit kohärentem Licht, was eine Anzahl von Nachteilen mit sich bringt. Zunächst werden alle Staubteilchen, welche in der Bahn des Lichtbündels vorhanden sind, auf das Bild "geworfen", wo sie Beugungsfiguren ergeben, was außerordentlich störend ist, insbesondere im Fall von integrierten Schaltungen, bei welchen extrem saubere Bilder erwünscht sind. Andererseits ist es erforderlich, einen Laser als Lichtquelle zu verwenden. Dadurch ist es praktisch nicht möglich, das erhaltene Bild direkt auf die bei der Herstellung von integrierten Schaltungen verwendete lichtempfindliche Harzschicht zu werfen. Tatsächlich sind diese Harze nur für ultraviolettes Licht

k empfindlich.

Erfindungsgemäß wird dagegen eine inkohärente Lichtquelle verwendet. Dadurch kann man die genannten Nachteile ausschalten und insbesondere kann man bei Verwendung einer ultravioletten Lichtquelle die verwendeten lichtempfindlichen Harzschichten direkt bedrucken.

Darüb erhinaus

909851 / 1 224

Darüberhlnaus besteht ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anlage darin, daß bei gleicher öffnung das gleiche optische System bei inkohärentem Licht ein zweifach höheres Auflösungsvermögen hat, als bei kohärentem Licht.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher eine Vorrichtung zur Erzeugung von mehrfachen Bildern eines Gegenstandes, welche sich dadurch auszeichnet, daß sie ein Hologramm einer ebenen Anordnung von Lichtpunkten, eine quasi-monochromatische, inkohärente Lichtquelle zur Beleuchtung des Gegenstandes und optische Einrichtungen zur Erzeugung eines mehrfachen, reellen Bildes mittels Beleuchtung des Hologramms durch den beleuchteten Gegenstand aufweist.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Figur 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 2 schematisch die Herstellungsart des verwendeten Hologramms ,

Figur 3 eine der Erläuterung dienende Egur,

Figur 4 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Figur 5 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In 909851/1224

-H-

In Figur 1 ist ein vervielfältigendes Hologramm H einer ebenen Anordnung von Lichtpunkten dargestellt, welches (hier mittels Transparenz) durch einen selbst von einer inkohärenten und quasl-monochromatischen Lichtquelle 1 über eine Kondensorlinse 2 beleuchteten Gegenstand 0 beleuchtet wird.

Eine solche Lichtquelle kann beispielsweise aus einer Quecksilberdampflampe bestehen, welcher ein Filter nachgeschaltet ist, das je nach den Erfordernissen die grüne Linie oder eine Linie im Ultravioletten heraussondert.

Der Gegenstand 0 ist beispielsweise, jedoch nicht notwendigerweise, in einem solchen Abstand d vom Hologramm H angeordnet, daß er sich in der Ebene TT₀, in welcher sich die Bezugslichtquelle bei der Aufzeichnung des Hologramms befand, und an der Stelle befindet, an der sich auch diese Lichtquelle befand.

Ein Gegenstand 3 gestattet die Herstellung eines mehrfachen reellen Bildes in einer der Ebene ]Γ_Λ für den Gegen· stand 3 zugeordneten Bildebene ''.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1st die folgende, wobei auch auf die der Erläuterung dienenden Figuren 2 und 3 Bezug genommen wird:

Das der Vervielfältigung dienende Hologramm H wird in der in Figur 2 gezeigten Welse erzielt. In der im Abstand d von der Aufzeichnungsplatte H angeordneten Ebene TF₀ 1st eine zweidimensional Anordnung von Lichtpunkten P>, P₂ P_n angeordnet, und in der gleichen Ebene ist eine punkt-

909851/1224 förmige

förmlge Bezugslichtquelle S angeordnet. Wie es in der Technik bekannt ist, wird das Bezugslichtbündel und die Beleuchtung der Punkte P₁, P₂ ... P_R mit Hilfe einer einzigen Laser-Lichtquelle erhalten, deren Bündel man aufteilt. Wenn man unter dieser Voraussetzung, wie es in Figur 3 dargestellt 1st, das Hologramm durch eine punktförmige Wiedergabe-Lichtquelle S¹ beleuchtet, welche etwa an der gleichen Stelle in der Ebene ', angeordnet ist wie die Bezugslichtquelle S, so gibt das Hologramm H drei Wellen wieder: eine erste Welle, welche der direkt übertragenen Wiedergabewelle entspricht; eine zweite Welle, welche hier ohne Interesse ist und einem virtuellen Bild (M₁, M₂ ...M) ohne Aberrationen, dem sogenannten direkten Bild, entspricht und welches dem aufgezeichneten Gegenstand genau gleich und an der gleichen Stelle angeordnet ist; und eine dritte Welle, welche einem zweiten virtuellen Bild (Μ· , M'₂ ... M* ), dem sogenannten konjugierten, Aberrationen aufweisenden Bild entspricht und welche bei dieser ersten Ausführungsform nicht verwendet wird. Wenn man eine solche Wldergabe mit einer anderen punktförmigen Lichtquelle und nicht mit einem Laser erzielen will, erhält man ein direktes Bild mit vernachlässigbaren chromatischen Aberrationen, wenn die Wiedergabe-Lichtquelle quasi-monochromatisch 1st und wenn der Abstand d klein ist (beispielsweise in der Größenordnung von lö cm). Die Wirkungsweise der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung ist daher klar. Wenn vom Gegenstand 0 angenommen wird, daß er bezüglich der Abmessungen des Hologramms kleine Abmessungen aufweist, stellt jeder Punkt M dieses Gegenstandes eine Wiedergabe-Lichtquelle für das Hologramm H dar und in diesem Punkt M wird das

Hologramm 909851/1224

Hologramm einem mehrfachen, virtuellen, direkten Bild H₁, H₂ ... M_n und einem konjugierten, virtuellen Bild entsprechen, von welchem das Objektiv 3' jeweils reelle Bilder N₁, N₂ ... N_n und N' , N' ... N¹ erzeugt. Daher gibt das Hologramm von einem Gegenstand 0 η virtuelle, direkte Bilder und η konjugierte Bilder wieder. Diese virtuellen Bilder dienen als virtuelle Gegenstände für das Objektiv 3, welches davon in der Ebene TT jeweils reale Bilder I₁,

I und I» I» ... I¹ wLedergibt. η - ι c η

Bei dieser Ausführungsform wird nur das direkte mehrfache Bild verwendet, welches geringe Aberrationen aufweist. Man kann vorzugsweise auch das Hologramm H mit einer um die Achse zentrierten Anordnung von Lichtpunkten und einer gegen diese Achse versetzten Bezugslichtquelle aufzeichnen, wobei der Gegenstand 0 bei der Erzeugung von mehrfachen Bildern in der gleichen Weise gegen die Achse der Vorrichtung versetzt wird.

Die relative Anordnung der Lichtpunkte P., P₂ ... P und

insbesondere ihr Abstand wird in Abhängigkeit von den Ab-" messungen des wiederzugebenden Gegenstandes O und von der gewünschten relativen Anordnung der Bilder I₁, Ip ... I unter Berücksichtigung der Vergrößerung des Objektivs 3 gewählt, welche in allen Figuren auf 1 genormt ist.

ι- Falls man ein mehrfaches Bild (welches aus η reellen Bildern zusammengesetzt ist) mit verhältnismäßig großen Abmessungen unter Erhaltung eines hohen Auflösungsvermögens zu erzielen wünscht, was Insbesondere bei der Herstellung

von

903851/1224

von integrierten Schaltungen der Fall ist, muß man ein Objektiv verwenden, welches gleichzeitig eine große numerische öffnung (zur Erzielung eines hohen Auflösungsvermögens) und ein großes Gesichtsfeld aufweist. Die bekannten Objektive, wie Mikroskop-Objektive, erfüllen diese beiden Bedingungen nicht gleichzeitig. Die in Figur 4 gezeigte Ausführungsform gestattet die Verwendung von bekannten Objektiven mit hohem Auflösungsvermögen und trotzdem die Erzielung eines mehrfachen Bildes mit großen Abmessungen.

Das Hologramm H wird auf seiner Rückfläche mittels eines Objektivs 4 beleuchtet, welches das Bild des Gegenstands 0 in der Ebene 'Γ und an der Stelle erzeugt, an der sich die Bezugslichtquelle bei der Aufzeichnung des Hologramms befand. Unter dieser Voraussetzung ergibt jeder Punkt M des Gegenstandes ein Bild N in der Ebene TT _Q» welches sich wie eine virtuelle Wiedergabe-Lichtquelle verhält. Die zum Punkt N konvergierende Lichtwelie läßt nach Durchgang durch das Hologramm H drei Wellen entstehen, deren eine einem direkten, reellen, mehrfachen Bild ML, M„ ...

M mit geringen Aberrationen entspricht, wobei sich die Punkte M^, M„ ... M genau an der Stelle befinden, an der sich die Punkte P₁, Pp ... P bei der Aufzeichnung befanden, wenn sich der Punkt N genau an der Stelle befindet, an der sich die Bezugslichtquelle S befand. Man kann auf diese Weise ein bekanntes Objektiv mit großer numerischer öffnung und kleinem Gesichtsfeld verwenden und trotzdem ein mehrfaches Bild I., Ip ... I_ß mit großer Abmessung erzielen.

Figur 5 zeigt eine Ausführungsform, welche noch eine Ver

besserung

909851 /1 224

-1-924.5 - 8 -

besserung der Qualität des erzielten Bildes gestattet, falls dies erforderlich ist. Tatsächlich weist >&ie erfindungsgemäße Vorrichtung infolge der Tatsache, daß der Gegenstand 0 mit inkohärentem Licht beleuchtet wird, noch eine restliche chromatische Aberration auf, obwohl eine quasi-monochromatisehe Lichtquelle verwendet wird und der Abstand d klein ist. Die Korrektur wird einfach dadurch betflpkt, daß man in den Weg der von (^ausgehenden Licht-'-welle ein beiieöigea^brechendes System 5 bringt, welches in der schmalen Bandbreite der verwendeten Linie der Lichtquelle 1 eine umgekehrte chromatische Aberration aufweist.

Man kann beispielsweise, wie in Figur 5 dargestellt, zwei gleiche Prismen 50 und 51 mit kleinem Scheitelwinkel verwenden, welche eine planparallele Platte bilden, wobei die beiden Prismen für die mittlere Frequenz der verwendeten Linie den gleichen Brechungsindex, jedoch umgekehrte Brechkräfte in der Bandbreite dieser Linie aufweisen.

Es ist ersichtlich, daß dieses Korrektursystem auch bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform angewendet werden kann.

Man kann den eventuellen Unterschied in der verwendeten Wellenlänge leicht bei der Aufzeichnung des Hologramms (mit Hilfe eines Lasers) und bei der Herstellung eines mehrfachen Bildes (beispielsweise bei einer inkohärenten Lichtquelle im Ultravioletten) berücksichtigen, indem man beispielsweise bei der Wiedergabe einen Abstand d verwendet, welcher nicht mehr der bei der Aufzeichnung ver

wendete 909851 / 1 22 A

^BA0

1 9 2 A 5 9

wendete~l£bakand ist, sondern welcher zweckmäßig geändert wurde, oder indem man die hervorgerufene Änderung der Vergrößerung berücksichtigt,jwobei dem Modell 0 ein zweckmäßiger Maßstab gegeben wird.

Die beschriebenen Beispiele stellen keine Einschränkung der Erfindung dar-.,Insbesondere kann der Gegenstand 0 vollständig mittels~RefTgxion_ und nicht mittels Transparenz-"""' beleuchtet werden. Außerdem können dasT?Uiiktene&z"und die Bezugslichtquelle bei der Aufzeichnung des Hologramms nicht in der gleichen Ebene (I liegen.

Patentansprüche 909851/122 A.

Claims

Pat ent ansprüche

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines mehrfachen Bildes eines Gegenstandes unter Verwendung eines Hologramms einer ebenen Anordnung von Lichtpunkten, gekennzeichnet durch eine quasi-monochromatische, inkohärente Lichtquelle, welehe so angeordnet ist, daß sie den Gegenstand beleuchtet, und durch ein dem Hologramm zugeordnetes optisches System, welches so angeordnet ist, daß man ein mehrfaches reelles Bild mittels Beleuchtung des Hologramms durch den Gegenstand erhält.

2. Vorrichtung nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß das optische System ein Objektiv aufweist, welches so angeordnet ist, daß es das vom Gegenstand kommende und vom Hologramm gebeugte Lichtbündel aufnimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand an der Stelle angeordnet ist, an der sich bezüglich des Hologramms die Bezugslichtquelle bei der Aufzeichnung desselben befand.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System ein Objektiv aufweist, welches zwischen dem Gegenstand und dem Hologramm angeordnet ist, so daß ein Bild des Gegenstands von der anderen Seite des Hologramms gebildet wird.

909851 /122A

5. Vorrichtung nach Anspruch h₃ dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv eine solche Brennweite aufweist und bezüglich des Hologramms so angeordnet ίst^ääß das vom Objektiv wiedergegebene Bild des Gegenstands an der-Sfeelxe erzeugt wird, an der sich bezüglich des Hologramms die . Bezugslichtquelle bei der Aufzeichnung desselben befand.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bahn des vom Gegenstand kommenden Lichtbündels ein brechendes System angeordnet 1st, welches eine umgekehrte chc$nnatische Aberration wie diejenige aufweist, welche beim mehrfachen Bild auf dem Licht der Lichtquelle beruht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das brechende System aus einer planparallelen Platte besteht, welche von zwei verklebten Prismen mit dem gleichen Brechungsindex für die mittlere Wellenlänge der Lichtquelle und mit umgekehrten Brechkräften gebildet ist.

909351/122/»