DE3943700C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Strukturmusters auf einer Platte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Strukturmusters mit mehreren, in vorbestimmten gegenseitigen Abständen angeordnete Strukturelementen auf einer Platte. Die hierdurch hergestellte Platte kann vorzugsweise als Einstellscheibe für fotografische Kameras und andere optische Vorrichtungen dienen.

Aus der DE 24 43 674 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur autotypen Aufrasterung von Bildvorlagen bekannt. Dabei wird eine Vorlage einer bestimmten Transparenzverteilung mittels einer Lichtquelle durch eine Streuscheibe beleuchtet und mittels eines Linsenrasters einer gewünschten Rasterkonstanten in Kombination mit einer Kollimationslinse auf eine lichtempfindliche Schicht vielfach abgebildet.

Aus der US-PS 45 67 123 ist es bekannt, eine Phasenplatte mit einem rasterförmig wiederholten Muster dadurch herzustellen, daß eine Maske mit entsprechendem rasterförmig wiederholtem Muster auf eine lichtempfindliche Schicht abgebildet wird. Dabei können die einzelnen Strukturelemente der hierdurch hergestellten Phasenplatte jeweils eine konzentrische Strukturverteilung aufweisen.

Ein Beispiel bekannter Einstellscheiben ist in Fig. 32 dargestellt. Bei dieser Einstellscheibe ist eine Oberfläche eines optischen Werkstoffs in Plattenform mit einem Muster regelmäßiger Sechsecke ausgestattet, die eng aneinanderliegen und jeweils einen konischen Vorsprung aufweisen, dessen Scheitel jeweils zentrisch angeordnet ist. Der Abstand zwischen den Scheiteln benachbarter Sechsecke ist 20 µm während der Neigungswinkel der Vorsprünge 10° beträgt.

Die Kennwerte dieser Einstellscheibe sind in Fig. 33 angegeben, die ein Spektraldiagramm ist. Das Spektraldiagramm zeigt mittels zweidimensionaler Winkelwert-Koordinaten die Diffusion des Lichtes, das von der Einstellscheibe austritt, wenn ein einzelner Lichtstrahl auf die Einstellscheibe in einer Richtung normal zu ihr auffällt. Die spektrale Intensität wird durch die Größe eines Kreises in dem Diagramm angegeben.

Die drei Quadranten in dem Diagramm entsprechen den Wellenlängen von R (637 nm), G (555 nm) und B (489 nm), wie aus Fig. 34 hervorgeht. Die Wellenlängen der R- und B-Komponenten sind derart eingestellt, daß die Leuchtkraft der R- und B-Komponenten 20% von jener der G-Komponente beträgt.

Wie aus Fig. 33 hervorgeht, haben die G- und B-Komponenten des Lichts erster Ordnung besonders schwache Spektra, die beim Entfokussieren einen subjektiv unnatürlichen Schleier erzeugen. Der Scheitel des Vorsprungs in jedem Sechseck ist theoretisch spitz, jedoch ist eine derartige Form in der Praxis durch gegenwärtig vorhandene Bearbeitungsverfahren schwierig zu erzielen. Daher neigen die Änderungen der spektralen Intensität dazu, größer zu sein als die theoretischen Werte.

Fig. 35 zeigt ein weiteres Beispiel bekannter Einstellscheiben, das ebenfalls mit einem Muster regulärer Sechsecke mit dem Scheitelabstand von 17,2 µm ausgestattet ist und einen im wesentlichen kugelförmigen Vorsprung in jedem Sechseck aufweist (die Berechnung der Spektren wird durch ein Stufenmuster gemäß Fig. 35 näherungsweise durchgeführt). Die Kennwerte dieser Einstellscheibe sind in Fig. 36 angegeben. Wie im vorausgehenden Fall ist das Gleichgewicht zwischen Licht nullter Ordnung und erster Ordnung für alle Farbkomponenten schlecht, wodurch ein unnatürlicher Schleier beim Entfokussieren entsteht.

Es sei in diesem Falle angenommen, daß ein Teleobjektiv (Spiegelobjektiv) mit großem F-Wert an einer einäugigen Reflexkamera angebracht ist. Gemäß Fig. 37 hat die Austrittspupille (E. P.) des Spiegelobjektivs eine Ringform, so daß Licht (L₁) erster Ordnung auf die Einstellscheibe (F. S.) fällt, aber nicht Licht (L₀) nullter Ordnung. Hat daher die verwendete Einstellscheibe einen derart schlechten Farbabgleich, daß der Abgleich der spektralen Intensität zwischen dem Licht nullter Ordnung und erster Ordnung in bezug auf die R- und B- Komponenten umgekehrt ist, so tritt im zentralen Abschnitt des Suchers eine ungleichmäßige Farbverteilung auf, wenn die Betrachtung seitens des Auges E eines Betrachters durch ein Okular E. L. erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem auf einer Platte ein Strukturmuster mit mehreren, in vorbestimmten gegenseitigen Abständen angeordnete Strukturelementen auf einfache Weise hergestellt werden kann. Dabei sollen die Strukturelemente eine vor allem für die Verwendung der Platte als Einstellscheibe besonders geeignete Struktur und im gegenseitigen Vergleich eine große Regelmäßigkeit aufweisen.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vergleichsweise einfache Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Platte zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 4 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den diesen Patentansprüchen jeweils nachgeordneten Unteransprüchen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Teil einer nach dem erfindungegemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beispielsweise herstellbaren Einstellscheibe im Schnitt längs der Linie I-I von Fig. 2,

Fig. 2 einen Teil der Einstellscheibe gemäß Fig. 1 im Grundriß,

Fig. 3 einen Teil eines weiteren Beispiels einer derartigen Einstellscheibe im Schnitt,

Fig. 4 einen Teil eines weiteren Beispiels einer derartigen Einstellscheibe,

Fig. 5 einen Teil eines weiteren Beispiels einer derartigen Einstellscheibe,

Fig. 6 einen Teil der Einstellscheibe gemäß Fig. 5 im Grundriß,

Fig. 7 ein Spektraldiagramm für die Einstellscheibe gemäß Fig. 5 und 6,

Fig. 8 ein Farbendiagramm mit dem Spektrum der Lichtstrahlen erster Ordnung für eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung herstellbare Einstellscheibe im Vergleich mit einer herkömmlichen Einstellscheibe,

Fig. 9(a) bis 16(a) Teile von Modifikationen zu den in vorangehenden Figuren dargestellten Einstellscheiben,

Fig. 9 (b) bis 16 (b) Spektraldiagramme zu den jeweiligen Einstellscheiben gemäß Fig. 9(a) bis 16(a),

Fig. 17 die Belichtungsanordnung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 18 eine in der Belichtungsanordnung gemäß Fig. 17 enthaltene Linsenrasteranordnung im Grundriß,

Fig. 19 den Strahlengang in der Belichtungsanordnung gemäß Fig. 17,

Fig. 20 den optischen Aufbau einer Vorrichtung mit der Belichtungsanordnung gemäß Fig. 17,

Fig. 21 Teile der Belichtungsanordnung gemäß Fig. 17 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 22 einen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten bzw. entstehenden Schichtaufbau,

Fig. 23 eine für die Herstellung einer Einstellscheibe nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignete Übertragungskarte mit Intensitätsverteilungsmuster,

Fig. 24 ein Diagramm zur Darstellung des Übertragungsprofils der Übertragungskarte gemäß Fig. 23,

Fig. 25 die Darstellung des Profils eines Teils einer mit der Übertragungskarte gemäß Fig. 24 herstellbaren Einstellscheibe,

Fig. 26 bis 29 die Darstellung von Arbeitsschritten zur Bildung eines Profils,

Fig. 30 die Belichtungsanordnung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung,

Fig. 31 eine in der Belichtungsanordnung gemäß Fig. 30 enthaltene Lochrasterordnung,

Fig. 32 und 35 Teile von Beispielen herkömmlicher Einstellscheiben,

Fig. 33 und 36 Spektraldiagramme zu den Einstellscheiben gemäß Fig. 32 bzw. 35,

Fig. 34 ein Schaubild zur Erläuterung des Spektraldiagramms gemäß Fig. 33 und

Fig. 37 einen schematischen Strahlengang in einer Spiegelreflexkamera mit einer Einstellscheibe.

Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung herstellbare Einstellscheibe ist in einem Ausschnitt in Fig. 1 und 2 dargestellt. Sie hat auf einer Fläche einer Platte 10 aus optischem Werkstoff eine Anzahl von Linsenelementen, nachfolgend auch Linsenabschnitte genannt, die von dieser Fläche in einer Reihe gleichseitiger Dreiecke vorstehen, wobei jeder der Linsenabschnitte eine konzentrische Umrißlinie und einen Scheitel aufweist, der sich in der Mitte des Linsenabschnitts befindet, und einen flachen Abschnitt, der zwischen benachbarten kleinen Linsenabschnitten gebildet wird, und der derart ausgebildet ist, daß er keine hohen und niedrigen Punkte enthält, wobei jeder der kleinen Linsenabschnitte eine geneigte Fläche aufweist, die sich von einem Umfang des Linsenabschnitts zum Scheitel erstreckt, und die geneigte Fläche einen begrenzten Abschnitt hat, der in einem Mittelabschnitt der geneigten Flächen zwischen einem oberen und unteren Abschnitt liegt, und der begrenzte Abschnitt eine weniger steile Neigung als der obere und untere Abschnitt der geneigten Fläche hat. Der obere Abschnitt erhält dadurch eine höckerartige Form.

Es ist bekannt, daß die optische Leistung einer Einstellscheibe, die mit einem regelmäßigen Muster hoher und niedriger Punkte ausgestattet ist, sich nicht verändert, selbst wenn die hohen Punkte als niedrige Punkte und die niedrigen Punkte als hohe Punkte ausgebildet sind. Ausgehend von dieser Tatsache ist eine weitere Ausführungsform, die gleichwirkend ist wie die Ausführungs­ form gemäß Fig. 1, dergestalt, daß die hohen und niedrigen Punkte umgekehrt sind, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Die Scheitel der hohen Punkte in Fig. 1 entsprechen den Tälern in Fig. 3, und der begrenzte Abschnitt (22) ist durch einen ausgebauchten Abschnitt (22) ersetzt. Jedoch ist kein wesentlicher Unterschied in der Geometrie gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 vorhanden, außer der Umkehrung der hohen und niedrigen Punkte.

Der durchschnittliche Neigungswinkel θ der geneigten Fläche, die den Scheitel (oder das Tal) eines in Fig. 1 dargestellten kleinen Linsenabschnitts (20) und seinen Umfang verbindet, wird unter Bezug auf den Abstand zwischen den Scheiteln (oder Tälern) benachbarter kleiner Linsenabschnitte angegeben. Somit genügt die Einstellscheibe folgender Bedingung:
90 < (n - 1) . P . θ < 130 ... (1)
wobei θ = tan^-1 (|Hmax| /D).

In der Beziehung (1) bezeichnet n den Brechungsindex eines optischen Werkstoffs; Hmax bezeichnet die Höhe (oder Tiefe) des Scheitels (oder des Tals), wobei die Richtung des Vorsprungs gegenüber dem flachen Abschnitt als positiv betrachtet wird; und D bezeichnet den Radius eines kleinen Linsenabschnitts.

Die Tiefe (oder Höhe) des begrenzten Abschnitts (22) (oder des ausgebauchten Abschnitts (22')) bezüglich des Gesamtprofils der geneigten Fläche genügt folgender Beziehung:
0,8 < |H_0,2D/Hmax| < 1 ... (2)
0,4 < |H_0,4D/Hmax| < 0,8 ... (3)
0,2 < |H_0,6D/Hmax| < 0,6 ... (4)
0,1 < |H_0,8D/Hmax| < 0,5 ... (5)
wobei Hmax die Höhe (oder Tiefe) des Scheitels (oder Tals) eines kleinen Linsenabschnitts angibt, und die Richtung des Vorsprungs gegenüber dem flachen Abschnitt als positiv betrachtet wird; D bezeichnet den Radius des kleinen Linsenabschnitts; und H_xD bezeichnet die Höhe einer Umfangslinie mit dem Radius xD, wobei die Richtung des Vorsprungs gegenüber dem flachen Abschnitt als positiv betrachtet wird (siehe Fig. 1).

Die zweidimensionalen Verhältnisse des kleinen Linsenabschnitts (20) und des flachen Abschnitts (30), und die Beziehung, der die Einstellscheibe genügen muß, sind nachfolgend angegeben:

0,35 < D/P < 0,5 (6)

wobei P den Abstand zwischen den Scheiteln (oder Tälern) zweier benachbarter kleiner Linsenabschnitte bezeichnet, und D den Radius eines jeden schmalen Linsenabschnitts (siehe Fig. 2).

Ein unregelmäßiges Muster feinerer Rauhigkeiten wird gemäß Fig. 4 an den Oberflächen des kleinen Linsenabschnitts und des flachen Abschnitts gebildet.

Das Verfahren zur Herstellung einer Mikrostrukturanordnung umfaßt die Schritte zur Herstellung eines feinen Musters von Elementen auf einer Schicht eines lichtempfindlichen Materials, das eine Verteilung der Lichtintensität auf ein Flächenrelief (eine Verteilung hoher und niedriger Punkte) umwandeln kann, indem die Schicht des lichtempfindlichen Materials über eine Mikrolinsenanordnung Lichtstrahlen ausgesetzt wird, die eine Intensitätsverteilung aufweisen, die den einzelnen Elementen des feinen Musters zugeordnet ist, das entsprechend den Umwandlungskenndaten der Schicht des lichtempfindlichen Materials gebildet werden soll. Die Mikrolinsenanordnung kann durch eine Gruppe von Löchern ersetzt werden.

Eine weitere Ausführungsform einer Einstellscheibe wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 5-7 beschrieben.

Fig. 5 zeigt den Querschnittsaufbau eines Mikrolinsenabschnitts (20), der als Vorsprung mit konvexer Linsenform auf einer Seite eines optischen Materials (10) gebildet wird. Die geneigte Fläche des Linsenabschnitts (20) mit konzentrischen Umrißlinien wird derart gebildet, daß sie allmählich von einem flachen Abschnitt (30) zum Scheitel (21) ansteigt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Brechungsindex (n) des optischen Werkstoffs 1,49136 und die Höhe (Hmax) des Scheitels (21) ist 1,83 µm, wobei die Richtung des Vorsprungs gegenüber dem flachen Abschnitt (30) positiv ist.

Eine Anzahl der vorausgehend aufgeführten Mikrolinsenabschnitte (20) sind derart angeordnet, daß die Scheitel (21) dreier benachbarter Linsenabschnitte (20) ein gleichseitiges Dreieck bilden, wobei der Abstand (P) zwischen den Scheiteln benachbarter Linsenabschnitte 16 µm und der Radius (D) eines jeden Linsenabschnitts 7,2 µm beträgt. Daher ist der durch die Beziehung (1) festgelegte Neigungswinkel (θ) gleich 14,26°, und der Abstand zwischen den durch die Beziehungen (2) bis (5) festgelegten Umrißlinien beträgt 1,44 µm.

Aus Gründen der Berechnung ist der in Fig. 5 gezeigte Mikrolinsenabschnitt derart ausgebildet, daß sein Querschnitt eine gerade Linie umfaßt, die die einzelnen Umrißlinien verbindet. Der Winkel gegenüber dem flachen Abschnitt (30) ist für die Position einer jeden Umrißlinie angegeben. Falls dies gewünscht wird, können die Winkelabschnitte des Querschnitts entfernt werden, um eine glatte Oberfläche zu bilden.

Entsprechend dem vorausgehend beschriebenen Aufbau liefern die Beziehungen (1) bis (6) folgende Werte:

• 1. (n - 1) . P . θ = 112,11
• 2. |H_0,2D/Hmax| = 0,905
• 3. |H_0,4D,Hmax| = 0,598
• 4. |H_0,6D/Hmax| = 0,402
• 5. |H_0,8D/Hmax| = 0,307
• 6. D/P = 0,45

Eine Einstellscheibe mit dem vorausgehend beschriebenen Aufbau hat spektrale Kennwerte gemäß Fig. 7. Verglichen mit den bekannten Einstellscheiben liefert die Einstellscheibe gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung eine gleichförmige Verteilung der Intensitäten des Lichts einer Ordnung, die nicht größer als die dritte Ordnung ist für die R-, G- und B-Komponenten.

Wird ein unregelmäßiges Muster feiner Rauheiten auf der Oberfläche eines einzelnen Mikrolinsenabschnittes gebildet, so verbreitert sich die spektrale Intensität des Lichts jeder Ordnung, um beim Entfokussieren einen natürlicheren Schleier zu liefern. Die Größe der zu bildenden Rauhigkeiten ist vorzugsweise etwa 0,3 µm, so daß diese nicht die grundlegende Geometrie der Mikrolinsenabschnitte beeinträchtigen.

Die Spektralfarbe des Lichts erster Ordnung, die durch diese Einstellscheibe erzeugt wird, ist, wie durch einen Doppelkreis im Farbdiagramm der Fig. 8 angegeben, woraus ersichtlich ist, daß diese Einstellscheibe ein Licht erster Ordnung liefert, das näher an Weiß liegt als die Farbe, die durch eine bekannte Einstellscheibe erzeugt wird, die konische Linsenabschnitte verwendet (wie durch einen Kreis dargestellt ist) sowie eine weitere bekannte Einstellscheibe, die kugelförmige Linsenabschnitte verwendet (wie durch einen Punkt angegeben wird).

Die Fig. 9 bis 14 zeigen Abänderungen der Einstellscheibe gemäß dieser Ausführungsform, wobei die Geometrie der Mikrolinsenabschnitte entsprechend den Beziehungen (1) bis (6) verändert ist. Die Fig. 9(a) bis 14(a) zeigen Querschnitte der geänderten Einstellscheiben und die Fig. 9(b) bis 14(b) zeigen ihre spektralen Kennwerte.

Es sei zunächst der Fall betrachtet, bei welchem der durchschnittliche Neigungswinkel θ der geneigten Fläche (22) des Mikrolinsenabschnitts (20) gemäß der Beziehung (1) geändert wird, indem die Höhe Hmax des Scheitels eingestellt wird, und der Abstand zwischen den Scheiteln P, und die Fläche des flachen Abschnitts (30) gleich bleibt. Die Ergebnisse sind in den Fig. 9 und 10 dargestellt.

Im Fall der Fig. 9 beträgt Hmax 1,62 µm, P = 16 µm und θ = 12,68°, was kleiner als θ = 14,26° bei der ersten Ausführungsform ist. Die Beziehung (1) ergibt den Wert (n - 1) . P . θ = 99,69.

Im Falle der Fig. 10, ist Hmax = 1,90 µm, P = 16 µm und θ = 15,45°, was größer ist als der bei der ersten Ausführungsform vorgesehene Wert. In diesem Falle liefert die Beziehung (1) den Wert (n - 1(. p . θ = 121,46.

Die spektralen Kennwerte der beiden Fälle sind aus den Fig. 9(b) und 10(b) ersichtlich. Da die Beziehung (1) durch beide Fälle befriedigt wird, ist keine Verschlechterung im Abgleich der Lichtintensität für einzelne Farben oder ihre Diffusionskennwerte gegeben, obgleich einige Unterschiede in der spektralen Intensität insgesamt vorliegen.

Zweitens sei der Fall betrachtet, bei welchem die Tiefe des begrenzten Abschnitts (22a), wie er durch die Beziehungen (2) bis (5) relativ zur Gesamtform der geneigten Fläche geändert wird, wobei die Fläche des flachen Abschnitts und die Höhe (Hmax) des Scheitels gleich bleiben. Die Ergebnisse sind in den Fig. 11 und 12 dargestellt.

Im Falle der Fig. 11 wird die Tiefe des begrenzten Abschnitts schmaler bemessen als bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, indem folgende Werte verwendet werden:

• 1. |H_0,2D/Hmax| = 0,904
• 2. |H_0,4D/Hmax| = 0,643
• 3. |H_0,6D/Hmax| = 0,446
• 4. |H_0,8D/Hmax| = 0,308

In dem in Fig. 12 dargestellten Fall wird die Tiefe des begrenzten Abschnitts größer statt geringer bemessen als bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, indem folgende Werte verwendet werden:

• 1. |H_0,2D/Hmax| = 0,904
• 2. |H_0,4D/Hmax| = 0,552
• 3. |H_0,6D/Hmax| = 0,358
• 4. |H
  _0,8D/Hmax| = 0,305

Wie aus den in den Fig. 11(b) und 12(b) dargestellten spektralen Kennwerten ersichtlich ist, neigt das Licht nullter Ordnung dazu, im früheren Fall stärker als im letzteren Fall zu sein, jedoch ist die Gesamtabstimmung zwischen den Spektren der einzelnen Ordnungen des Lichts gleichmäßiger bei beiden Fällen als beim System des Stands der Technik.

Drittens sei der Fall betrachtet, bei welchem die zwei­ dimensionalen Verhältnisse des Mikrolinsenabschnitts (20) und des flachen Abschnitts (30) gemäß der Beziehung (6) mit dem Scheitelzwischenabstand (P) geändert werden, während die Form der geneigten Fläche (22) gleich bleibt. Die Ergebnisse sind in den Fig. 13 und 14 dargestellt.

In dem in Fig. 13 dargestellten Fall ist das vom flachen Abschnitt (30) eingenommene Verhältnis verringert, indem der Radius (D) des Mikrolinsenabschnitts auf 7,4 µm erhöht wird, was um 0,2 µm größer als der bei der ersten Ausführungsform verwendete Wert ist. In diesem Falle ergibt die Beziehung (6): D/P = 0,4625.

Für den in Fig. 14 dargestellten Fall wird das vom flachen Abschnitt (30) eingenommene Verhältnis größer als bei der ersten Ausführungsform gemacht, indem D = 6,8 µm festgelegt wird. In diesem Fall ergibt die Beziehung (6) für D/P einen Wert von 0,425.

Spektrale Kennwerte, die für praktische Zwecke zufriedenstellend sind, können erzielt werden, falls die Beziehung (6) erfüllt ist. Wie aus den Fig. 13(b) und 14(b) ersichtlich ist, kann das Verhältnis des flachen Abschnitts (30), das bei den bekannten Systemen nicht verwendet wird, erhebliche Einwirkungen auf die spektralen Kennwerte ausüben.

Nachstehend wird eine weitere Ausführungsform einer Einstellscheibe beschrieben, bei welcher die Scheitelzwischenabstände P der Einstellscheibe mit der Scheitelhöhe Hmax geändert werden, während die Werte zur Erfüllung der Beziehungen (2) bis (6) die gleichen wie bei der vorher beschriebenen Auführungsform bleiben.

Zunächst sei der Fall betrachtet, bei welchem der Scheitelzwischenabstand P gemäß Fig. 15(a) um einen Faktor von 1,25 auf 20 µm erhöht wird. Da die Höhe Hmax des Scheitels gleich 1,83 µm ist, was das gleiche ist wie bei der vorigen Ausführungsform, ist die Höhe der einzelnen Umrißlinien ebenfalls die gleiche wie in Fig. 5. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Durchschnittsneigung θ gleich 11,49° ist und daß der verwendete Wert von (n - 1) . P . θ zur Erfüllung der Beziehung (1) gleich 112,91 ist. Der Abstand zwischen den Umrißlinien, die mit einer Schrittweite im Abstand voneinander liegen, die das 0,2-fache des Radius D beträgt, ist 1,8 µm.

Eine Einstellscheibe mit dem vorausgehend beschriebenen Aufbau hat die spektralen Kennwerte gemäß Fig. 15(b), die gleich jenen nach Fig. 7 sind, die die spektralen Intensitäten von Licht verschiedener Ordnungen darstellt, die bei der vorigen Ausführungsform erhalten werden, außer daß die Gesamtverteilung der Position der Spektren im Maßstab verringert ist.

Zweitens sei der Fall angenommen, bei welchem der Scheitelzwischenabstand P auf 12,8 µm verringert ist, was gemäß Fig. 16(a) um den Faktor 0,8 geringer als der bei der ersten Ausführungsform verwendete Wert ist. Die Höhen der Scheitel und jeder Umrißlinie sind die gleichen wie jene nach Fig. 5. Die Durchschnittsneigung θ beträgt 17,625°, der Wert von (n - 1) . P . θ, der verwendet wird, um der Beziehung (1) zu genügen, beträgt 110,85, und der Abstand zwischen den Umrißlinien, die eine Schrittweite gleich dem 0,2-fachen des Radius D aufweisen, beträgt 1,152 µm.

Eine Einstellscheibe mit dem vorausgehend beschriebenen Aufbau hat die spektralen Kennwerte gemäß Fig. 16(b), die gleich der Fig. 7 ist, die die spektralen Intensitäten von Licht verschiedener Ordnung gemäß der vorigen Ausführungsform darstellt, außer daß die Gesamtverteilung der Positionen der Spektra verbreitert ist.

Die vorausgehende Beschreibung zeigt, daß durch die richtige Wahl des Scheitelzwischenabstands P ohne Änderung der zur Befriedigung der Beziehungen (2) bis (6) verwendeten Werte das erzielte Diffusionsverhalten des Lichts frei gesteuert werden kann, ohne daß irgendeine Änderung in der Schleier- oder Farbabstimmung verursacht wird, die durch die spektralen Intensitäten des Lichts der verschiedenen Ordnungen bestimmt wird.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Herstellung einer Mikrostrukturanordnung, die eine Anzahl planarer kreisförmiger Mikrolinsenabschnitte aufweist, die wie bei den vorausgehend beschriebenen Einstellscheiben in einem regelmäßigen Muster angeordnet sind, eine Schicht aus lichtempfindlichem Material (100), wie beispielsweise ein Photoresist, die eine Intensitätsverteilung des Lichts in ein Oberflächenrelief umformt, über eine telezentrische Linse (110) und eine Mikrolinsenanordnung (120) mit Lichtstrahlen belichtet, die eine konzentrische Intensitätsverteilung ID aufweisen, die den einzelnen Elementen des zu erhaltenden feinen Musters zugeordnet ist, oder einzelnen Mikrolinsenabschnitten einer Einstellscheibe entsprechend den Übertragungskennwerten einer Schicht des lichtempfindlichen Materials (100), wie aus Fig. 17 ersichtlich ist.

Zum effizienten Einsatz des Lichtes unter Verringerung von Streuung ist die Mikrolinsenanordnung (120) zweckmäßig aus Mikrolinsen aufgebaut, die gemäß Fig. 18 dicht gepackt sind.

Durch Verwendung der vorausgehend beschriebenen Anordnung bilden die in die Mikrolinsenanordnung (120) gesendeten Lichtstrahlen eine Anzahl Bilder I, die eine gewünschte Intensitätsverteilung für die einzelnen Linsenelemente (121) der Anordnung auf der lichtempfindlichen Schicht (100) haben. Kern Licht erreicht die Begrenzungen zwischen den einzelnen Bildern I.

Da die Schicht aus lichtempfindlichem Material (100) die Intensität der Belichtung in ein Oberflächenrelief umwandelt, kann eine gewünschte Mikrostrukturanordnung entsprechend dem vorausgehend beschriebenen Belichtungsschritt erzeugt werden.

Welche Methode auch verwendet wird, es können Lichtstrahlen der gewünschten Intensitätsverteilung erhalten werden, indem eine ebene Lichtquelle (150) mit einer Übertragungskarte (160) kombiniert wird, die gemäß Fig. 19 ein vorbestimmtes Übertragungsmuster aufweist. Wie aus Fig. 19 hervorgeht, ist die Übertragungskarte (160) im Brennpunkt der telezentrischen Linse (110) (oder 130) in einer Richtung angebracht, wo die Linse Brechkraft besitzt, und dies ist wirksam, um eine Verschlechterung des Bildes zu verhindern, das durch außerachsig liegende Mikrolinsenelemente gebildet wird.

Das Bezugszeichen (101) in Fig. 19 bezeichnet ein Substrat mit einem Überzug der lichtempfindlichen Schicht (100).

Ein Aufbau einer Belichtungsvorrichtung, die die Reihenanordnung gemäß Fig. 18 verwendet, wird nachstehend erläutert.

Gemäß Fig. 20 umfaßt das optische System der Belichtungsvorrichtung eine Lichtquelle (151), einen reflektierenden Spiegel (152) zum Kollimieren der aus der Lichtquelle (151) austretenden Lichtstrahlen, eine zerstreuende Konkavlinse (153) zum Zerstreuen des kollimierten Lichts, sowie eine erste und zweite Kollimatorlinse (154, 155), und eine erste und zweite Streuplatte (156, 157) zur gleichförmigen Beleuchtung einer Übertragungskarte (160). Diese Elemente sind der in Fig. 19 dargestelltenen ebenen Lichtquelle (150) äquivalent. Anschließend an diese Elemente sind die Übertragungskarte (160), die telezentrische Linse (110), die Mikrolinsenanordnung (120) und die Schicht aus lichtempfindlichem Material (100) in dieser Reihenfolge gemäß Fig. 19 längs einer optischen Bahn angeordnet.

Soll ein positiv wirkender Photoresist als lichtempfindliche Schicht (100) verwendet werden, ist es wünschenswert, eine Xenonlampe für die Lampe (151) zu verwenden.

Gemäß dem vorausgehend beschriebenen Aufbau beleuchten die aus der Lampe (155) austretenden Lichtstrahlen die Übertragungskarte (160) durch die Wirkung der Kollimatorlinsen und der Streuungsplatten über ihre gesamte Oberfläche. Die durch die Übertragungskarte (160) hindurchtretenden Strahlen werden durch die telezentrische Linse (110) derart geführt, daß sie auf alle Mikrolinsenelemente (121) gemäß Fig. 21 in Normalrichtung auffallen, wodurch Bilder auf der lichtempfindlichen Schicht (100) entstehen, die in ihrer Anzahl jener der Mikrolinsenelemente entsprechen, die eine Intensitätsverteilung habe, die dem Muster auf der Übertragungskarte (160) entspricht. Durch die Durchführung der Belichtung während einer vorbestimmten Zeitspanne kann eine Mikrostrukturanordnung mit einer Anzahl hoher und niedriger Punkte in einem Muster im Einklang mit der Intensitätsverteilung erhalten werden.

Ist die Schicht aus lichtempfindlichem Material (100) wie im Falle eines Photoresists positiv-wirkend, und werden konzentrische Zonen auf der Übertragungskarte (160) gebildet, deren Durchlässigkeit sich von der Mitte nach außen hin verringert, so kann eine Mikrostruktur des gleichen Typs wie die in Fig. 3 dargestellte Einstellscheibe gebildet werden. Diese Mikrostruktur umfaßt eine Anzahl konkaver Mikrolinsenabschnitte (20) und dazwischen gemäß Fig. 22 angeordnete flache Abschnitte (30).

Genauer ausgedrückt kann durch die Bildung konzentrischer Zonen Z1 bis Z7 auf der Übertragungskarte (160), die gemäß Fig. 23 einen Durchmesser von 90 mm aufweist, wobei die jeweiligen Zonen gemäß Fig. 24 unterschiedliche Durchlässigkeiten haben, eine Anzahl konkaver Reliefs mit dem in Fig. 25 dargestellten Profil gebildet werden. Das Profil dieser Reliefs ist das gleiche wie die Form der in Fig. 5 im Einklang mit der ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellten Einstellscheibe, mit der Ausnahme, daß die hohen Punkte an jener Einstellscheibe niedrig gemacht sind und daß die niedrigen Punkte hoch gemacht sind, und somit folgenden Bemessungen entsprechen:
Tiefe des Tals: Hmax = -1,83 µm

Durchmesser des Mikrolinsenabschnitts 2D = 14,4 µm
Abstand zwischen den Tälern: P = 16 µm.

Bei der Herstellung der vorausgehend beschriebenen Reliefs wurde der Abstand zwischen der Übertragungskarte (160) und der Mikrolinsenanordnung (120) auf 200 mm eingestellt. Jedes der Linsenelemente der Mikrolinsenanordnung (120) hatte einen Krümmungsradius von 26 µm, einen Brechungsindex von 1,71 und eine Brennweite von 36,62 µm, und der Abstand zwischen der Mikrolinsenanordnung (120) und der Schicht aus lichtempfindlichem Material wurde im Hinblick auf die sphärische Aberration auf 32 µm eingestellt.

Besteht ein Muster von zu erzeugenden hohen und niedrigen Punkten aus Elementen, die wie bei der bekannten Einstellscheibe in Anlage miteinander stehen, so ist es schwierig, klare Grenzen zwischen den hohen und niedrigen Punkten zu bilden. Sind jedoch Bereiche, die nicht belichtet werden sollen, zwischen den einzelnen Elementen des Musters aus hohen und niedrigen Punkten vorhanden, so können diese vollständig unabhängig voneinander gebildet werden, und es wird dabei eine hohe Genauigkeit der Abmessungen sichergestellt. In einem derartigen Fall kann das vorausgehend beschriebene Verfahren mit Vorteil verwendet werden. Aus diesem Grund ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung einer Mikrostrukturanordnung brauchbar, um die bereits beschriebene Einstellscheibe zu bilden. Der vorausgehend beschriebene Belichtungsvorgang eignet sich zur Bildung einer ausreichend zufriedenstellenden Mikrostrukturanordnung.

Jedoch ist die Schicht des lichtempfindlichen Materials mechanisch nicht dauerhaft stabil. Daher wird das auf dieser lichtempfindlichen Schicht gebildete Muster, um für praktische Anwendungen brauchbar zu sein, auf einen anderen Werkstoff übertragen, z. B. im Falle einer Einstellscheibe auf ein Acrylharz.

Um diesem Erfordernis zu entsprechen, wird die Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht (100), die durch den Belichtungsschritt hergestellt wurde, mit einem elektrisch leitenden Werkstoff, wie beispielsweise Nickel oder Silber, plattiert und anschließend einer Elektroformung unterzogen, um das Oberflächenrelief auf der lichtempfindlichen Schicht gemäß Fig. 26 in einer Form (170) zu reproduzieren. Fig. 27 zeigt eine Form, von welcher die Schicht des lichtempfindlichen Materials (100) und das Substrat (101) nach der Elektroformung entfernt worden sind.

Im nächsten Schritt wird das feine Muster auf der Oberfläche der Form (170) auf einen geeigneten Werkstoff, wie beispielsweise ein Acrylharz (180), übertragen, wie aus Fig. 28 hervorgeht. Als Ergebnis kann eine Mikrostrukturanordnung mit dem gleichen Profil wie jenes der Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht (100) gemäß Fig. 29 erhalten werden.

Der vorausgehend beschriebene Fall bezieht sich auf die Verwendung eines positiv-wirkenden lichtempfindlichen Materials zur Bildung eines Musters aus konkaven Flächen. Ein Muster konvexer Flächen kann gebildet werden, indem die gleichen Vorgänge mit einem negativ-wirkenden lichtempfindlichen Material durchgeführt werden.

Fig. 30 zeigt ein Verfahren zur Bildung einer Mikrostrukturanordnung entsprechend einer weiteren Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der vorausgehenden Ausführungsform dadurch, daß ein Raster mit einer Gruppe von Löchern (200) anstelle der Mikrolinsenanordnung verwendet wird. Wie Fig. 31 zeigt, sind Löcher (201) in einer regelmäßigen rechtwinklige Dreiecke bildenden Folge auf einem Folienwerkstoff (202) angebracht. Andere Bauelemente der vorliegenden Ausführungsform sind die gleichen wie sie in der vorausgegangenen Ausführungsform verwendet werden und brauchen nicht im einzelnen erläutert zu werden, da sie durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind.

Wird ein Raster aus Löchern (200) verwendet, so ist eine längere Zeitspanne erforderlich, um den Belichtungsschritt unter den gleichen Bedingungen, wie sie bei der vorausgehenden Ausführungsform verwendet werden, zu beenden, aber das gebildete Oberflächenrelief ist im Grunde das gleiche wie es bei der Verwendung einer Mikrolinsenanordnung bzw. Linsenrasteranordnung erzielt wird.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, umfaßt die mit dem obigen Verfahren hergestellte Einstellscheibe eine Anzahl Mikrolinsenabschnitte, zwischen denen ein flacher Abschnitt gebildet wird. Darüber hinaus hat jeder der Mikrolinsenabschnitte eine Form, die keinen winkelförmigen Abschnitt aufweist. Daher kann eine Linsengeometrie, die spezifischen Anforderungen genügt, relativ mühelos erhalten werden, und die erzeugte Einstellscheibe gewährleistet eine beständige Einsatzfähigkeit, ohne eine Körnigkeit zu verursachen, die ansonsten auftreten würde, falls die Form der einzelnen Mikrolinsenabschnitte ungleichmäßig wäre.

Falls den hier angegebenen Bedingungen genügt wird, können die Intensitäten der Spektra von Licht einer Ordnung, die nicht größer als drei ist, für die drei Grundfarben gleichförmig gehalten werden, wodurch beim Entfokussieren ein natürlicher Schleier erzeugt wird. Als weiterer Vorteil kann mit der beschriebenen Einstellscheibe ein Spezialobjektiv, wie beispielsweise ein Spiegelobjektiv mit großer F-Zahl, in einer einäugigen Reflexkamera verwendet werden, ohne daß an der Einstellscheibe ein wesentliches Farbungleichgewicht erzeugt wird.

Der Schleier, der beim Entfokussieren auftritt, kann natürlicher erscheinen, wenn feinere Rauhigkeiten auf der Oberfläche der Mikrolinsenanordnung gebildet werden.

Das Verfahren zur Bildung einer Mikrostrukturanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung stützt sich auf den Gedanken zur Herstellung einer Anzahl Bilder, indem jene Lichtstrahlen durch eine Mikrolinsenanordnung geschickt werden, die eine Intensitätsverteilung aufweisen, die den Einzelelementen eines feinen, zu erzielenden Mu­ sters zugeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, daß, falls eine Übertragungskarte verwendet werden soll, lediglich ein einzelnes Muster auf der Übertragungskarte gebildet zu werden braucht, das jedem der Elemente des feinen zu erzeugenden Musters entspricht, so daß es einfach ist, eine Übertragungskarte zu bilden oder zu modifizieren.

Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Bildung eines größeren Musters als bekannte Verfahren, wodurch eine größere Flexibilität in der Festlegung der Intensitätsverteilung der Lichtstrahlen gegeben ist. Infolgedessen kann selbst ein kompliziertes Muster feiner Rauhigkeiten, das infolge der Grenzen anderer Herstellungsverfahren schwierig herzustellen wäre, mühelos gebildet werden.

Im Laborversuch konnte eine Form realisiert werden, die kleiner als 0,1 µm war.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines Strukturmusters auf einer Platte (10; 101), wobei das Strukturmuster mehrere, in vorbestimmten gegenseitigen Abständen angeordnete Strukturelemente mit jeweils konzentrischer Strukturverteilung umfaßt, welche jeweils in Erhebungen oder Vertiefungen zentrische höckerartige Ausformungen haben, die einen an einen flacheren Flankenbereich angrenzenden steileren zentrischen Flankenbereich besitzen, umfassend folgende Schritte:

• a) Bilden eines ersten Lichtstrahlenbündels, das in seinem Querschnitt eine Intensitätsverteilung entsprechend der gewünschten Strukturverteilung in jedem Strukturelement des herzustellenden Strukturmusters aufweist,
• b) Bilden eines telezentrischen Strahlenganges von dem ersten Lichtstrahlenbündel,
• c) Aufteilen des telezentrischen Strahlenganges von dem ersten Lichtstrahlenbündel in eine der Anzahl der Strukturelemente des herzustellenden Strukturmusters entsprechende Anzahl von zweiten Lichtstrahlenbündeln mittels einer dieser Anzahl entsprechenden Anzahl von Linsen- oder Lochelementen eines Linsen- oder Lochrasters (120; 200), die im telezentrischen Strahlengang von dem ersten Lichtstrahlenbündel entsprechend der gewünschten gegenseitigen Anordnung der Strukturelemente des herzustellenden Strukturmusters zueinander angeordnet sind, und
• d) Belichten einer lichtempfindlichen Schicht (100) der Platte (10; 101) mit den mehreren zweiten Lichtstrahlenbündeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Intensitätsverteilung im Querschnitt des ersten Lichtstrahlenbündels durch Hindurchführen dieses Lichtstrahlenbündels durch eine lichtdurchlässige Platte (160) mit Zonen (Z1 bis Z7) unterschiedlicher Durchlässigkeit gebildet wird, wobei die Durchlässigkeitsverteilung in der lichtdurchlässigen Platte der gewünschten Strukturverteilung in jedem Strukturelement des herzustellenden Strukturrasters entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der telezentrische Strahlengang von dem ersten Lichtstrahlenbündel in die mehreren zweiten Lichtstrahlenbündel derart aufgeteilt wird, daß die Randstrahlen eines jeden zweiten Lichtstrahlenbündels und die Randstrahlen eines jeweils benachbarten zweiten Lichtstrahlenbündels jeweils einen gegenseitigen Abstand aufweisen.

4. Vorrichtung zur Herstellung eines Strukturmusters auf einer Platte (10; 101), wobei das Strukturmuster mehrere, in vorbestimmten gegenseitigen Abständen angeordnete Strukturelemente mit jeweils konzentrischer Strukturverteilung umfaßt, welche jeweils in Erhöhungen oder Vertiefungen zentrische höckerartige Ausformungen aufweisen, die einen an einen flacheren Flankenbereich angrenzenden steileren zentrischen Flankenbereich besitzen, umfassend:

• a) Eine im Strahlengang eines ersten Lichtstrahlenbündels angeordnete lichtdurchlässige Platte (160) mit Zonen unterschiedlicher Durchlässigkeit, wobei die Durchlässigkeitsverteilung in der lichtdurchlässigen Platte der gewünschten Strukturverteilung in jedem Strukturelement des herzustellenden Strukturrasters entspricht,
• b) ein im Strahlengang des ersten Lichtstrahlenbündels hinter der lichtdurchlässigen Platte (160) angeordnetes telezentrisches optisches Glied (110) zur Bildung eines telezentrischen Strahlenganges von dem ersten Lichtstrahlenbündel, und
• c) ein im telezentrischen Strahlengang von dem ersten Lichtstrahlenbündel angeordnetes Linsen- oder Lochraster (120; 200) mit der Anzahl der Strukturelemente des herzustellenden Strukturmusters entsprechenden Anzahl von Linsen- oder Lochelementen, die entsprechend der gewünschten gegenseitigen Anordnung der Strukturelemente des herzustellenden Strukturmusters zueinander angeordnet sind, zur Bildung einer entsprechenden Anzahl von zweiten Lichtstrahlenbündeln.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei welcher die Linsen- oder Lochelemente des Linsen- oder Lochrasters (120; 200) einen derartigen gegenseitigen Abstand aufweisen, daß die Randstrahlen eines jeden zweiten Lichtstrahlenbündels und die Randstrahlen eines jeweils benachbarten zweiten Lichtstrahlenbündels voneinander beabstandet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die lichtdurchlässige Platte (160) zwischen den Linsen- oder Lochelementen des Linsen- bzw. Lochrasters (120; 200) lichtundurchlässig ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei welcher eine lichtempfindliche Schicht (100) der Platte (10; 101) im Strahlengang der zweiten Lichtstrahlenbündel hinter dem Linsen- oder Lochraster (120; 200) so angeordnet ist, daß Abbildungen der lichtdurchlässigen Platte (160) in einer der Anzahl der Linsen- oder Lochelemente des Linsen- bzw. Lochrasters (120; 200) entsprechenden Anzahl auf der lichtempfindlichen Schicht (100) fokussiert sind.