DE3507143C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leuchte mit einer kugel­ förmigen Lichtquelle und einem rotationssymmetrischen Reflek­ tor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Leuchte ist aus der DE-PS 5 30 103 bekannt. Wenn bei der bekannten Leuchte ein Reflektor mit einer weiten Austrittsöffnung verwendet wird, wird die Divergenz der Lichtstrahlen in der Mitte der zu beleuchtenden Fläche groß, da dieser Mittelbereich reflektierte Strahlung von allen Reflektorsegmenten empfängt. Mit der bekannten Leuchte soll zwar eine bestimmte konstante Beleuchtungsstärke auf der Zielebene erreicht werden, jedoch wird dies nur auf Kosten eines relativ geringen Auflösungsvermögens in der Zielebene erreicht, wenn die Leuchte dazu eingesetzt werden soll, eine Filmfolie zu bestrahlen, die direkt auf ein lichtempfindli­ ches Material gelegt und dann mit der bekannten Leuchte be­ strahlt wird. Wegen der relativ großen örtlichen Divergenz, also des Winkels, unter dem die Einheit aus Lichtquelle und Reflektor von der beleuchteten Fläche aus erscheint, werden scharfkantige Übergänge zwischen lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Bereichen der Filmfolie nicht scharf genug abgebildet, was aber bei solchen photolithographischen Anwendungen unbedingt der Fall sein muß.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Leuchte der eingangs angegebenen Art so weiterzubilden, daß unter Beibehaltung einer konstanten Beleuchtungsstärke auf der Zielfläche ein verbessertes Auflösungsvermögen bei Anwendung in der Photolithographie erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Leuchte der oben angegebenen Art durch Anwendung der im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Bei der erfindungsgemäßen Leuch­ te werden Bereiche der Zielebene, die weiter vom Durchstoß­ punkt der Symmetrieebene durch die Zielebene entfernt liegen, durch eine zunehmende Zahl von Reflektorsegmenten beleuchtet. Dies hat zur Folge, daß auch in der Mitte der Zielfläche eine kleine mittlere Divergenz erreicht wird, so daß sich in allen Bereichen der Zielfläche das angestrebte gute Auflö­ sungsvermögen bei konstanter Beleuchtungsstärke ergibt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungs­ form der Leuchte mit einem Strahlendiagramm, das erkennen läßt, wie die relative Gleichmäßigkeit und die kleine örtli­ che Divergenz erzeugt werden,

Fig. 2 eine Unteransicht der Leuchte von Fig. 1,

Fig. 3 eine genauere Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung einer elektrodenlosen Lichtquelle,

Fig. 4 eine Teilansicht einer bevorzugten Ausführungs­ form des Reflektors der Leuchte und

Fig. 5 ein Diagramm, das die Strahlungsintensität in Abhängigkeit vom Zielebenenabstand darstellt und die mit Hilfe der Leuchte erzielte relative Gleichmäßigkeit erkennen läßt.

Die in Fig. 1 dargestellte Leuchte 10 besteht aus einer Lichtquelle 12 und aus einem Reflektor 14. In der Aus­ führungsform von Fig. 1 ist die Lichtquelle 12 eine elektrodenlose Lichtquelle mit sphärischer Form, jedoch können in anderen Ausführungsformen auch andere Licht­ quellen benutzt werden. Eine elektrodenlose Lichtquelle ist ein Volumenstrahler, der Licht aus einem Volumen eines angeregten Gases abstrahlt, das in einem Kolben enthalten ist.

Der Reflektor 14 besteht aus einem sphärischen Abschnitt 16 und aus Segmenten 1 bis 5. Jedes Segment bildet ein ringförmiges Band um die Achse 18, wobei jedes Segment im Schnitt eben oder rechtwinklig ist, wie Fig. 1 sche­ matisch zeigt. Eine Unteransicht der Leuchte von Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt, in der Linien 20 Grenzlinien zwischen den Segmenten sind. Wie aus den Figuren hervor­ geht, ist der Reflektor rotationssymmetrisch in bezug auf eine durch die Lichtquelle führende und senkrecht zur Zielebene verlaufende Symmetrieachse.

Der sphärische Abschnitt 16 des Reflektors reflektiert das Licht zur sphärischen Lichtquelle zurück, so daß dieser Abschnitt mit einem lichtabsorbierenden Material beschichtet sein kann, während jedes Segment des Reflek­ tors mit einem reflektierenden Material beschichtet ist.

Es ist zu erkennen, daß die Zielebene 22 in ihrem Zentrum mit C bezeichnet ist, während der Buchstabe M einen Punkt irgendwo im Mittelbereich der Zielebene und der Buchstabe E einen Punkt am Rand der Zielebene bezeichnet. Im Strah­ lendiagramm von Fig. 1 wird das Zentrum der Zielebene mit direkt von der Lichtquelle 12 abgegebenem Licht und mit vom Segment 1 reflektiertem Licht bestrahlt.

Der Punkt M auf der Zielebene wird mit Licht bestrahlt, das von den Segmenten 1 bis 3 reflektiert wird, während der Punkt E mit von allen Segmenten 1 bis 5 reflektier­ tem Licht bestrahlt wird. Die Punkte auf der Zielebene werden also mit Licht bestrahlt, das von mehr als einem Segment kommt; die auf die Zielebene auftreffende Strahlung ist daher relativ unabhängig von örtlichen Variationen der Lichtquellenabstrahlung und von Ungleich­ mäßigkeiten des Reflektors. Dies gilt deshalb, weil die verschiedenen Reflektorsegmente Licht reflektieren, das von verschiedenen Bereichen der Lichtquelle ausgestrahlt wird, so daß örtliche Ungleichmäßigkeiten der Lichtquelle und des Reflektors in dem auf die Zielebene auftreffenden Licht gemittelt werden.

Wie oben erwähnt wurde, soll die örtliche Divergenz der Leuchte an der Zielebene so klein wie möglich sein. In einem photolithographischen System befindet sich in der Zielebene eine lichtdurchlässige Vorlage, und der auf jeden Punkt dieser Vorlage fallende konvergierende Strah­ lenkonus beginnt nach Durchgang durch die Zielebene zu divergieren. Die örtliche Divergenz ist als der von der Einheit aus Lichtquelle und Reflektor bei Betrachtung von der Zielebene aus aufge­ spannte Raumwinkel; es ist zu erkennen, daß die Auflö­ sung des auf die lichtempfindliche Fläche projizierten Bildes um so größer ist, je kleiner der Durchmesser des divergierenden Strahlenbündels ist, das auf die unter der Zielebene in Fig. 1 angeordnete lichtempfindliche Fläche auftrifft.

Gemäß der Zeichnung wird die örtliche Divergenz am Punkt C durch das Segment 1 bestimmt, während die örtliche Diver­ genz an den Punkten M und E durch den direkten Strahl von der Lichtquelle und vom letzten Segment bestimmt wird, das einen Strahl zu diesem Punkt reflektiert. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, hängt die örtliche Diver­ genz davon ab, wie viele Segmente einen bestimmten Punkt der Zielebene bestrahlen, wobei näher beim Zen­ trum liegende Punkte von weniger Segmenten bestrahlt werden und eine kleinere örtliche Divergenz aufweisen als Punkte an den Rändern. Die mittlere örtliche Diver­ genz ist wesentlich kleiner als die Divergenz bei Ver­ wendung von herkömmlichen Optiken, bei denen die Diver­ genz am Rand gemäß Fig. 1 näher bei der mittleren Diver­ genz über die gesamte Zielebene liegen würde.

Dies ist besonders deutlich veranschaulicht worden, in­ dem von verschiedenen Punkten auf der Zielebene aus Photographien der Leuchte angefertigt worden sind. Eine am Zentrum der Zielebene aufgenommene Photographie zeigt einen hellen Ring beim Segment 1, während eine vom Punkt E aus aufgenommene Photographie von allen Segmen­ ten ausgehendes Licht zeigt. Die Situation am Punkt E veranschaulicht das Ausmaß der Divergenz, das bei dem bisher verwendeten System auch am Zentrum vorhanden wäre.

In der Ausführung von Fig. 1 sind die Segmente so ange­ ordnet, daß sich eine minimale mittlere örtliche Diver­ genz ergibt, und die Ausrichtung der Mehrzahl der Seg­ mente in der Weise, daß sie die Achse kreuzen, ergibt an der Reflektormündung einen kleinen Durchmesser, und da alle Segmente, die zu einem gegebenen Punkt auf der Zielebene beitragen, auf einer Seite des Reflektors lie­ gen, ist der von der Lichtquelle aufgespannte Raumwinkel minimal gehalten.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführung ist sehr wirksam, da jeder gegebene Strahl von einer mehr oder weniger optischen Fläche(n) reflektiert wird, was be­ sonders bei Systemen wichtig ist, die mit ultravioletter Strahlung arbeiten.

In Fig. 3 ist eine mit Mikrowellen arbeitende elektroden­ lose Leuchte dargestellt, in der das oben erläuterte Konzept angewendet wird. In dieser Figur sind die Lichtquelle 30 und der Reflektor 32 so ausgebildet, wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Außerdem ist quer zum Reflektor ein Gitter 34 angeordnet, damit eine Mikrowellenkammer ent­ steht, die Mikrowellenenergie enthält, jedoch das Ab­ strahlen von ultraviolettem oder sichtbarem Licht er­ laubt. Die Mikrowellenenergie wird mit Hilfe eines Magne­ trons 36 erzeugt und über einen Wellenleiter 40 einem Schlitz 38 in der Reflektorwand zugeführt.

Ein Vorteil der beschriebenen Leuchte besteht darin, daß der Schlitz 38 keinen merklichen dunklen Fleck auf die Zielebene wirft, wie es bei einer herkömmlichen Optik zu erwarten wäre. Dies ist gemäß der obigen Erläuterung deshalb der Fall, weil Punkte auf der Zielebene eine gemittelte Strahlung empfangen, die von mehreren Segmenten reflek­ tiert wird.

Fig. 4 zeigt eine genaue Darstellung des Reflektors, wobei die Abmessungen und die Winkelanordnungen der ringförmigen Segmente in der bevorzugten Ausführung angegeben sind, die die minimale örtliche Divergenz ergibt.

In Fig. 5 ist ein Diagramm dargestellt, das die Licht­ intensität in der Zielebene in Abhängigkeit vom Abstand vom Zentrum angibt. Der relativ ebene Verlauf der Inten­ sitätskurve zeigt, daß das Ziel der relativ gleichmäßi­ gen Bestrahlung erreicht wird.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist zwar in Ver­ bindung mit Segmenten beschrieben, die im Querschnitt eben sind, doch könnten natürlich auch gekrümmte Seg­ mente verwendet werden, wobei jedoch dann die Ergebnisse möglicherweise weniger gut sind.

Claims (3)

1. Leuchte mit einer kugelförmigen Lichtquelle und einem rotationssymmetrischen Reflektor, der so zur Lichtquelle angeordnet ist, daß die durch seine Öffnung gehende Ebene parallel zur zu beleuchtenden Zielebene verläuft und die Symmetrieachse des Reflektors durch den Mittelpunkt der Lichtquelle verläuft und senkrecht auf der Zielebene steht, wobei der Reflektor im Scheitelbereich einen sphärisch ge­ krümmten Abschnitt aufweist, an den sich zur Öffnung des Reflektors hin, ringförmig um die Symmetrieachse verlaufen­ de, Reflektorsegmente anschließen, die in der Reflexions­ fläche ineinander übergehen und deren Begrenzungsebenen jeweils parallel zur Öffnungsebene des Reflektors verlaufen und wobei die Reflektorsegmente in einer durch die Symme­ trieachse verlaufenden Ebene einen geradlinigen Verlauf ihrer Reflexionsflächen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Reflektorabschnitte und deren Projek­ tionslänge auf die Symmetrieachse so dimensioniert ist, daß der, in einer durch die Symmetrieachse verlaufenden Ebene durch die von der Lichtquelle und vom jeweiligen, von Reflek­ torsegmenten gebildeten, Reflektorabschnitt ausgehenden Rand­ strahlen im Aufpunkt auf der Zielebene aufgespannte Öffnungs­ winkel mit zunehmender Entfernung des Aufpunktes vom Durch­ stoßpunkt der Symmetrieachse durch die Zielebene durch eine zunehmende Zahl von Reflektorsegmenten bestimmt ist.

2. Leuchte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor wenigstens fünf Segmente aufweist.

3. Leuchte nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zielfläche direkte Strahlung von der Lichtquelle und zu­ sätzlich von den Segmenten reflektierte Strahlung empfängt.