DE102005016231B4

DE102005016231B4 - Optisches System und Verfahren zur Herstellung eines Verbundelementes aus transparenten, mit mikrooptischen Strukturen versehenen plattenförmigen Substraten

Info

Publication number: DE102005016231B4
Application number: DE200510016231
Authority: DE
Inventors: Matthias Cumme; Mirko Riethmüller
Original assignee: SYSTEME GmbH; Jenoptik Optical Systems GmbH
Current assignee: Jenoptik Optical Systems GmbH
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2005-04-06
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2025-04-07
Also published as: DE102005016231A1

Abstract

Optisches System zur Ausrichtung zweier, transparenter, mit mikrooptischen Strukturen versehener plattenförmiger Substrate, die nach erfolgter gegenseitiger lateraler Ausrichtung der mikrooptischen Strukturen fest miteinander verbunden werden, gekennzeichnet durch
– mindestens zwei Paare (5, 6) von sich gegenüberliegenden binären Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) konzentrischer Kreise für die gegenseitige laterale Ausrichtung der mikrooptischen Strukturen, wobei zwischen einer ersten binären Struktur (7, 9) eines Paares (5), die auf der Oberfläche des einen Substrates (3) und einer zweiten binären Struktur (8, 10) dieses Paares (5), die auf der Oberfläche des anderen Substrates (4) angeordnet sind, ein Abstand besteht, der innerhalb des Nahfeldes der binären Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) liegt,
– eine Laserstrahlungsquelle (11), deren Laserstrahlenbündel (L) zur Durchstrahlung der binären Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) senkrecht zu den Oberflächen der Substrate (3, 4) gerichtet ist und
– ein zur Aufnahme und Anzeige eines Beugungsmusters...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches System zur Herstellung eines Verbundelementes aus transparenten, mit mikrooptischen Strukturen versehenen plattenförmigen Substraten, die nach erfolgter gegenseitiger lateraler Ausrichtung der mikrooptischen Strukturen fest miteinander verbunden werden.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes transparenter plattenförmiger Substrate, die als Träger von mikrooptischen Strukturen vorgesehen sind, bei dem nach gegenseitiger lateraler Ausrichtung der mikrooptischen Strukturen mit Hilfe von optischen Gittern, die auf den Plattenoberflächen angeordnet sind, eine gegenseitige Fixierung der Substrate erfolgt.
Für die gegenseitige Ausrichtung zweier plattenförmiger Substrate sind bekanntermaßen lineare Gitter geeignet.
So sieht die EP 0 140 022 B1 ( US 4 664 524 A ) lineare Phasengitter auf beiden Substraten vor, deren Abstand zueinander innerhalb der Fresnel-Zone liegt. Der x- und der y-Richtung sind je ein Gitterpaar zugeordnet. Nur mittels einer aufwändigen Kombination von groben und feinen Gitterstrukturen und die Zuhilfenahme eines Mikroskops oder eines Detektors ist die Bestimmung einer Absolutposition möglich.
Die in der US 5 559 601 A und der US 6 486 954 B1 beschriebenen Anordnungen lassen vor allem die Bestimmung von Relativpositionen zu. Die US 5 559 601 A verwendet im Fernfeld angeordnete lineare Phasengitter, die als Gitterinterferometer wirken. Die laserinduzierte nullte und erste Beugungsordnung des ersten Gitters werden am zweiten Gitter reflektiert und nach Transmission durch das erste Gitter konstruktiv überlagert. Das amplitudenmodulierte Signal wird mittels Fouriertransformation ausgewertet, um die Relativposition zu bestimmen. Zur Bestimmung der Absolutposition sind aufwändige Methoden zur Signalauswertung erforderlich.
Die US 5 052 807 A und die US 6 150 231 A nutzen den Moire-Effekt so aus, dass aus dem entstehenden Muster über Richtung und Betrag einer Dejustierung sowie auf die Absolutposition geschlossen werden kann. Die US 5 052 807 A verwendet im Fernfeld angeordnete, konzentrische Amplitudengitter. Gemäß der US 6 150 231 A lässt sich eine genaue Positionsbestimmung nur mit Hilfe einer mikroskopischen Auswertung erreichen.
Moire-Effekte sind auch die Grundlage für eine Vorrichtung zur Positionierung zweier Gegenstände, welche in der DE 1 915 408 A offenbart ist. Dazu werden Platten, welche eine Anzahl von konzentrischen, äquidistanten und ein Strahlenbündel abfangende Kreise aufweisen, unmittelbar aufeinander angeordnet. Die Kreismuster der Platten unterscheiden sich hinsichtlich der Abstände aufeinanderfolgender Kreise sowie optional hinsichtlich der Anzahl der Kreise und der Gestaltung der Kreiszwischenräume. Die Platten werden von einer Strahlungsquelle mit einer Strahlung durchleuchtet und zeigen bei exakter Justierung zueinander symmetrische Moire-Effekte, während bereits geringe Dejustagen durch zu beobachtenden asymmetrische Moire-Effekte erkannt und korrigiert werden können.
Bei der Lösung nach der DE 28 19 400 C2 werden Beugungseffekte an sogenannten „non-blazed” Beugungsgittern verwendet, um relative Lageabweichungen zwischen einer Platte und einfallender elektromagnetischer Strahlung sowie zur Ausrichtung einer ersten Platte und einer zweiten Platte zueinander zu erfassen und auszugleichen. Die genannten Beugungsgitter sind auf den Oberflächen der Platten angebracht und beugen die einfallenden Strahlen in positiven und negativen Richtungen in Gruppen von Beugungsstrahlen erster bis n-ter Ordnung, und zwar mit gleicher Intensität innerhalb der Gruppen. Abweichungen der Intensitäten zwischen Gruppen von in positiver und negativer Richtung gebeugten Strahlen werden als Eingangsgröße für Stelltriebe verwendet, durch welche die Platte(-n) ausgerichtet werden können. Hierfür ist ein hoher apparativer Aufwand nötig.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Absolutposition zweier strahlungsdurchlässiger Substrate zueinander trotz verringertem apparativen Aufwand mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, um Strukturen auf den Substraten lateral zueinander positionieren zu können, wobei insbesondere Mikroskope oder andere abbildende Vergrößerungsoptiken vermieden und eine Verbindung der ausgerichteten Substrate gewährleistet werden sollen.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch ein optisches System zur Ausrichtung zweier, transparenter, mit mikrooptischen Strukturen versehener plattenförmiger Substrate gelöst, die nach erfolgter gegenseitiger lateraler Ausrichtung der mikrooptischen Strukturen fest miteinander verbunden werden, enthaltend

– mindestens zwei Paare von sich gegenüberliegenden binären Strukturen konzentrischer Kreise für die gegenseitige laterale Ausrichtung der mikrooptischen Strukturen, wobei zwischen einer ersten binären Struktur eines Paares, die auf der Oberfläche des einen Substrates und einer zweiten binären Struktur dieses Paares, die auf der Oberfläche des anderen Substrates angeordnet sind, ein Abstand besteht, der innerhalb des Nahfeldes der binären Strukturen liegt,
– eine Laserstrahlungsquelle, deren Laserstrahlenbündel zur Durchstrahlung der binären Strukturen senkrecht zu den Oberflächen der Substrate gerichtet ist und
– ein zur Aufnahme und Anzeige eines Beugungsmusters vorgesehenes Kamera-Bildschirmsystem, das im Fernfeld der binären Strukturen in einer Ebene angeordnet ist, in der infolge der Durchstrahlung das Beugungsmuster entsteht.

Unter dem Nahfeld der binären Strukturen konzentrischer Kreise wird derjenige Abstand verstanden, in dem sich die Beugungsordnungen noch nicht ausgebildet haben und in dem die von den Strukturen erzeugte Amplituden- und Phasenverteilung derjenigen der Struktur noch sehr ähnelt.
Das auf die erste binäre Struktur auftreffende Laserstrahlenbündel erzeugt in der Ebene, in der sich die zweite binäre Struktur befindet, eine Amplituden- und Phasenstruktur, die sich mit der zweiten binären Struktur überlagert, wodurch im Fernfeld das gewünschte Beugungsmuster entsteht.
Zur Gewährleistung der senkrechten Durchstrahlung ist eine Blende im Strahlengang der Laserstrahlungsquelle angeordnet, auf deren Blendenrand eine Abbildung von Rückreflexen von den Substraten bei nicht senkrechter Durchstrahlung erfolgt.
Erfindungsgemäß ist in der im Fernfeld liegenden Anzeigeebene ein Kamera-Bildschirmsystem zur Aufnahme und Anzeige des Beugungsmusters für eine verbesserte visuelle Auswertung angeordnet.
Wird das Kamera-Bildschirmsystem zusätzlich mit einer Auswerteeinrichtung zur Auswertung des amplitudenmodulierten Beugungsmusters verbunden, ist eine messtechnische Auswertung möglich.
Die vorliegende Erfindung gestattet somit durch visuelle oder messtechnische Auswertung des im Fernfeld infolge der Durchstrahlung mit dem Laser vorliegenden und von Periode zu Periode sich unterscheidenden Beugungsmusters, welches die Information über Richtung und Betrag einer Dejustierung liefert, die Bestimmung der Absolutposition ohne Zuhilfenahme eines Mikroskops oder anderer abbildender Vergrößerungsoptiken, wodurch eine hochgenaue Ausrichtung der plattenförmigen Substrate gewährleistet wird.
Im Unterschied zu den bekannten technischen Lösungen werden keine beleuchteten Strukturen abgebildet, sondern es wird im Fernfeld ein durch veränderte Ausbreitungseigenschaften des Strahlungsfeldes erzeugtes auswertbares Beugungsmuster zur Verfügung gestellt.
Das erfindungsgemäße optische System ist leicht zu transportieren und eignet sich durch einen kompakten und kostengünstigen Aufbau besonders für sehr kleine Bauräume. Mit der Anordnung lassen sich optische Elemente, die sich auf Glassubstraten befinden, lateral zueinander positionieren.
Die binären Strukturen konzentrischer Kreise können als Kombination zweier Amplitudengitter, zweier Phasengitter oder auch als Kombination Amplitudengitter/Phasengitter ausgebildet sein. Vorteilhafterweise wird jedoch die Kombination von Phasengittern verwendet, die als Oberflächenprofil in das Substrat eingebracht sind.
Unter Umständen kann es zur Erhöhung der statistischen Sicherheit von Vorteil sein, mehr als zwei Paare sich gegenüberliegender Strukturen konzentrischer Kreise auf den Substraten vorzusehen, insbesondere dann, wenn sich beide Paare aufgrund von Herstellungsabweichungen nicht gleichzeitig exakt zur Deckung bringen lassen.
Die oben stehende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundes transparenter plattenförmiger Substrate, die als Träger von mikrooptischen Strukturen, welche ein optisches System zur Umwandlung einer primären Intensitätsverteilung in eine vorgegebene, raumwinkelabhängige Intensitätsverteilung bilden, vorgesehen sind, bei denen nach gegenseitiger lateraler Ausrichtung der mikrooptischen Strukturen mit Hilfe von optischen Gittern, die auf den Plattenoberflächen angeordnet sind, eine gegenseitige Fixierung der Substrate erfolgt, dadurch gelöst, indem als optische Gitter binäre Strukturen konzentrischer Kreise dienen, die paarweise gegenüberliegend einen gegenseitigen Abstand aufweisen, der innerhalb des Nahfeldes der binären Struktur liegt und die senkrecht mit einem Laserstrahlenbündel durchstrahlt werden, wodurch in einer Ebene im Fernfeld der binären Strukturen ein Beugungsmuster resultiert, anhand dessen die laterale Ausrichtung der mikrooptischen Strukturen durchgeführt wird.
Bevorzugt erfolgt die laterale Ausrichtung der mikrooptischen Strukturen anhand einer entlang eines Kreisringes verlaufenden Amplitudenmodulation der ersten Beugungsordnung, indem aus alternierenden Hell-Dunkel-Abschnitten der größte Dunkel-Abschnitt ausgewählt und eine Verschiebung entlang einer Bahn, die vom Zentrum des Beugungsmusters zum Zentrum des größten Dunkel-Abschnittes verläuft, durchgeführt wird, bis ein geschlossener heller Kreisring vorliegt.
Damit die beiden Substrate leicht gegeneinander verstellt werden können und für die Herstellung der gegenseitigen festen Verbindung kann vorteilhaft zwischen die beiden Substrate örtlich begrenzt Klebemittel eingebracht werden, innerhalb dessen sich geeignete Abstandshalter befinden.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein optisches Verbundelement, bestehend aus einem Paar transparenter, mit mikrooptischen Strukturen versehener plattenförmiger Substrate, enthaltend mindestens zwei Paare von sich gegenüberliegenden binären Strukturen konzentrischer Kreise, bei denen zwischen einer ersten binären Struktur eines Paares, die auf der Oberfläche des einen Substrates und einer zweiten binären Struktur dieses Paares, die auf der Oberfläche des anderen Substrates angeordnet sind, ein Abstand besteht, der innerhalb des Nahfeldes der binären Strukturen liegt.
Besonders vorteilhaft lässt sich die Erfindung für die Herstellung eines Verbundes von plattenförmigen Substraten verwenden, deren einander zugewandte Oberflächen Träger von diffraktiven mikrooptischen Homogenisierungsstrukturen sind, wodurch ein optisches System zur Umwandlung einer primären Intensitätsverteilung in eine vorgegebene, raumwinkelabhängige Intensitätsverteilung gebildet wird.
Das optische System enthält auf dem ersten Substrat erste diffraktive mikrooptische Homogenisierungsstrukturen, die aus der primären Intensitätsverteilung in einer ersten Ebene eine feinstrukturierte Amplituden- und Phasenverteilung erzeugen und auf dem zweiten Substrat und in der ersten Ebene angeordnete zweite diffraktive mikrooptische Homogenisierungsstrukturen, die, an die feinstrukturierte Amplituden- und Phasenverteilung angepasst, aus der feinstrukturierten Amplituden- und Phasenverteilung die vorgegebene, raumwinkelabhängige Intensitätsverteilung in einer zweiten Ebene generieren. Während die erste Ebene im Nahfeld angeordnet ist, liegt die zweite Ebene im Fernfeld.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine Darstellung eines dejustierten Zustandes von zwei binären Strukturen konzentrischer Kreise, die in einem Abstand d innerhalb des Nahfeldes voneinander entfernt sind
2 auf gleiche Intensität normierte Intensitätsverteilungen innerhalb der ersten Beugungsordnung für unterschiedliche Dejustierungen mit Intensitätsprofil für die Verschiebungen v = (–250, 0) nm und v = (0, 0) nm
3 ein in einer Anzeigeebene im Fernfeld entstehendes Beugungsbild
4 den Beleuchtungsstrahlengang für eine Justieranordnung
5 eine Justieranordnung zur Ausrichtung zweier strahlungsdurchlässiger Substrate
6 bei der Justieranordnung gemäß 5 verwendete Stellmittel zur gegenseitigen Ausrichtung der beiden Substrate
7 für einen Verbund besonders geeignete Quarzsubstrate mit sich gegenüberliegenden mikrostrukturierten Oberflächen
Gemäß der Erfindung sind in 1 eine erste und eine zweite binäre Struktur 1, 2 konzentrischer Kreise vorgesehen, wobei die zweite binäre Struktur 2 in einem Abstand d innerhalb des Nahfeldes der ersten binären Struktur 1 angeordnet ist. In Abhängigkeit von der Größe der dargestellten Dejustage Δx und Δy entsteht in der Ebene der zweiten binären Struktur eine Amplituden- und Phasenstruktur als Nahfeldverteilung, in der die Information über die Dejustage enthalten ist.
Von dem im Fernfeld aus der Nahfeldverteilung entstehenden Beugungsmuster BM ist besonders die entlang eines Kreisringes verlaufende Amplitudenmodulation der ersten Beugungsordnung 1BO für die Auskunft über Richtung und den Betrag des Verschiebevektors einer vorliegenden Dejustierung von Interesse. Insbesondere ist die erste Beugungsordnung derart amplitudenmoduliert (2 und 3), dass die Richtung und der Betrag des Verschiebvektors v = (Δx, Δy) für eine besonders vorteilhafte visuelle Auswertung erkennbar ist. Anhand der Lage und der Größe der vorhandenen Asymmetrie in der Helligkeit des Kreisringes ist die Richtung der Dejustierung erkennbar, die z. B. gemäß 2a) oder c) vom Zentrum aus auf den Schwerpunkt des Dunkel-Abschnittes verläuft. Eine Rechtsverschiebung bzw. eine Linksverschiebung bewirkt eine Zunahme der Helligkeit in der einen oder anderen Richtung.
Die Anzahl der Modulationen erhöht sich mit zunehmender Dejustierung (2d)). Infolge dessen tritt bei größeren Verschiebungen nicht nur eine einzelne Asymmetrie in der Helligkeit des Kreisringes auf, sondern der Kreisring weist alternierende Hell-Dunkel-Abschnitte auf, wobei in Richtung einer vorliegenden Dejustierung der größte Dunkel-Abschnitt vorliegt.
Bei vollständiger Überdeckung (2b)) resultiert ein Kreisring, der keine dunklen Abschnitte aufweist.
Das Beugungsmuster im Fernfeld wird während der Justierung dahingehend ausgewertet, dass die laterale Verschiebung der zu justierenden Substrate 1, 2 minimiert wird. Es hat sich gezeigt, dass bei visueller Auswertung ohne Verwendung vergrößernder Beobachtungsoptiken und bei einer Gitterperiode von 2 μm bereits eine Justiergenauigkeit von kleiner +/–50 nm erreicht werden kann.
Vorteilhaft kann in einer im Fernfeld liegenden Anzeigeebene AE ein Kamera-Bildschirmsystem zur Aufnahme und Anzeige der Intensitätsverteilung der ersten Beugungsordnung 1BO angeordnet sein. Erfolgt die Auswertung unter Zuhilfenahme dieses Kamera-Bildschirmsystems, beträgt die messbare Dejustage weniger als +/–10 nm.
Die Helligkeit der nullten Beugungsordnung 0BO ist ebenfalls von der Dejustierung abhängig und kann zusätzlich mit einem Detektor erfasst und messtechnisch ausgewertet werden.
Bei der in 4 und 5 dargestellten Justieranordnung befinden sich auf einander zugewandten Oberflächen zweier benachbarter strahlungsdurchlässiger Substrate 3, 4 Paare 5, 6 von Justiermarken, bestehend aus ersten und zweiten binären Strukturen 7, 8, 9, 10 konzentrischer Kreise, von denen erste binäre Strukturen 7, 9 auf dem ersten Substrat 3 und zweite binäre Strukturen 8, 10 auf dem zweiten Substrat 4 aufgebracht sind. Vorteilhaft sind die Paare 5, 6 von Justiermarken an Stellen mit großem Abstand, z. B. diagonal gegenüberliegend vorgesehen, um eine möglichst große Justiergenauigkeit zu erhalten.
Ein von einer Laserstrahlungsquelle 11 bereitgestelltes Laserstrahlenbündel L ist zur Durchstrahlung der binären Strukturen 7, 8, 9, 10 in deren Zentrum über einen justierbar angeordneten Strahlteiler 12 und einen justierbar angeordneten Umlenkspiegel 13 sowie weiteren Umlenkspiegeln 14, 15 zu gleichen Teilen L₁ und L₂ senkrecht auf die Oberflächen der Substrate 3, 4 gerichtet.
In der Ausführung gemäß 4 und 5 besitzt das Laserstrahlenbündel L eine Wellenlänge von 633 nm und einen Durchmesser von 1,8 mm. Die binären Strukturen 7, 8, 9, 10 konzentrischer Kreise weisen als konzentrische Gitter eine Periode von 2 μm auf. Unter dem Nahfeld wird in diesem Fall der Bereich von der binären Struktur bis zu einem Abstand von etwa 1 mm verstanden. Das Fernfeld beginnt ab etwa 20 mm.
Die senkrechte Durchstrahlung ist notwendig, da auf Grund des Abstands beider Substrate 3, 4 ansonsten trotz exakter Justage eine Dejustierung infolge einer nicht durch die Zentren der Justiermarken verlaufenden Strahlachsen vorgetäuscht würde.
Deshalb ist in den Strahlengang der Laserstrahlungsquelle 11 eine Blende 16 eingeschaltet, auf deren Blendenrand die Rückreflexe beider Teilstrahlen vom Substrat bei nicht korrekter Justage sichtbar werden.
Vorteilhafterweise wird der Abstand a zwischen der Blende 16 und dem Substrat 3 zur Erhöhung der Genauigkeit möglichst groß und die Blendenöffnung und damit die Größe des Rückreflexes möglichst klein gewählt. Das Verhältnis zwischen Abstand a und nachweisbarer Verschiebung des Rückreflexes auf der Blende muss mindestens so groß sein wie das Verhältnis zwischen dem gegenseitigen Abstand der Substrate 3, 4 und der geforderten lateralen Justiergenauigkeit.
Gemäß 6 sind zur gegenseitigen lateralen Ausrichtung der Substrate 3, 4, insbesondere von mikrooptischen Strukturen auf den Substraten, Fixier- und Verschiebemittel vorgesehen, von denen Halterungen H₁ und H₂ zur Sicherung des unteren Substrates 3 gegen Translation und Verdrehung an diagonal gegenüberliegenden Ecken angreifen und Halterungen H₃ und H₄ für das obere Substrat, die ebenfalls an diagonal gegenüberliegenden Ecken angreifen jedoch um 90° gegenüber den Halterungen H₁ und H₂ verdreht angeordnet sind, mit drei Translations-Stellmitteln x, y₁ und y₂ in Verbindung stehen, um laterale Verschiebungen in x- und y-Richtung sowie eine Drehung φ der Substrate zueinander zu ermöglichen, indem das obere Substrat 4 gegenüber dem festgestellten unteren Substrat 3 in der durch Pfeildarstellungen markierten Richtung bewegt wird.
Die Halterungen H₁, H₂, H₃ und H₄ liegen soweit federnd an dem Substraten 3, 4 an, dass Zerstörungen vermieden werden. Vorteilhaft „schwimmt” das obere auf dem unteren Substrat, indem z. B. zwischen beide Substrate 3, 4 tröpfchenförmig ausgebildetes Klebemittel eingebracht wird, innerhalb dessen sich geeignete Abstandshalter befinden. Nach der gegenseitigen Ausrichtung der beiden Substrate 3, 4 erfolgt der Fügeprozess durch das Klebemittel. Es können aber auch andere Fügeverfahren, wie z. B. Löten angewendet werden.
Da die Justiermarken auf beiden Substraten 3, 4 gleich ausgebildet sind, existiert keine bevorzugte Durchstrahlrichtung.
Bei den sich mit einem Abstand von wenigen Mikrometern gegenüberliegenden mikrostrukturierten Oberflächen in 7 handelt es sich um diffraktive mikrooptische Homogenisierungsstrukturen 3', 4', bevorzugt Phasenstrukturen, die zur Umwandlung einer primären Intensitätsverteilung, insbesondere die eines Lasers, in eine vorgegebene, raumwinkelabhängige Intensitätsverteilung geeignet sind.
Die beiden mikrooptischen Homogenisierungsstrukturen 3', 4' weisen einen Abstand zueinander auf, bei der die zweite mikrooptische Homogenisierungsstruktur 4' innerhalb des Nahfeldes (erste Ebene E₁) der ersten mikrooptischen Homogenisierungsstruktur 3' unmittelbar nachgeordnet, d. h. in einem Bereich, in dem die wesentlichen Merkmale einer von den ersten mikrooptischen Homogenisierungsstrukturen 3' in einer zweiten Ebene E₂ erzeugten Fernfeld-Intensitätsverteilung noch nicht erkennbar sind. Unter dem Fernfeld der mikrooptischen Homogenisierungsstrukturen 3', 4' wird derjenige Bereich hinter den mikrooptischen Homogenisierungsstrukturen 3', 4' verstanden, bei dem sich die raumwinkelabhängige Intensitätsverteilung bei Abstandsvergrößerung nicht mehr verändert.
Die ersten mikrooptischen Homogenisierungsstrukturen 1 erzeugen als Nahfeldverteilung eine Feinstruktur mit einer Amplituden- und Phasenverteilung, zu der die durch Computergenerierung an diese Verteilung im Design zugeschnittene zweite mikrooptische Homogenisierungsstruktur 4' durch die Erfindung exakt justiert ist.

Claims

Optisches System zur Ausrichtung zweier, transparenter, mit mikrooptischen Strukturen versehener plattenförmiger Substrate, die nach erfolgter gegenseitiger lateraler Ausrichtung der mikrooptischen Strukturen fest miteinander verbunden werden, gekennzeichnet durch – mindestens zwei Paare (5, 6) von sich gegenüberliegenden binären Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) konzentrischer Kreise für die gegenseitige laterale Ausrichtung der mikrooptischen Strukturen, wobei zwischen einer ersten binären Struktur (7, 9) eines Paares (5), die auf der Oberfläche des einen Substrates (3) und einer zweiten binären Struktur (8, 10) dieses Paares (5), die auf der Oberfläche des anderen Substrates (4) angeordnet sind, ein Abstand besteht, der innerhalb des Nahfeldes der binären Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) liegt, – eine Laserstrahlungsquelle (11), deren Laserstrahlenbündel (L) zur Durchstrahlung der binären Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) senkrecht zu den Oberflächen der Substrate (3, 4) gerichtet ist und – ein zur Aufnahme und Anzeige eines Beugungsmusters (BM) vorgesehenes Kamera-Bildschirmsystem, das im Fernfeld der binären Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) in einer Ebene angeordnet ist, in der infolge der Durchstrahlung das Beugungsmuster (BM) entsteht.
Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Blende (16) im Strahlengang der Laserstrahlungsquelle (11) angeordnet ist, auf deren Blendenrand eine Abbildung von Rückreflexen von einem Substrat (3) bei nicht senkrechter Durchstrahlung erfolgt.
Optisches System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamera-Bildschirmsystem mit einer Auswerteeinrichtung zur Auswertung des amplitudenmodulierten Beugungsmusters (BM) verbunden ist.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die binären Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) als Phasenstrukturen ausgebildet und als Oberflächenprofil in das Substrat (3, 4) eingebracht sind.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die binären Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) als Amplitudenstrukturen ausgebildet sind.
Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die binären Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) aus einer Kombination aus Amplituden- und Phasenstrukturen bestehen.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundes transparenter plattenförmiger Substrate, die als Träger von mikrooptischen Strukturen, welche ein optisches System zur Umwandlung einer primären Intensitätsverteilung in eine vorgegebene, raumwinkelabhängige Intensitätsverteilung bilden, vorgesehen sind, bei denen nach gegenseitiger lateraler Ausrichtung der mikrooptischen Strukturen mit Hilfe von optischen Gittern, die auf den Plattenoberflächen angeordnet sind, eine gegenseitige Fixierung der Substrate erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass als optische Gitter binäre Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) konzentrischer Kreise dienen, die paarweise gegenüberliegend einen gegenseitigen Abstand (d) aufweisen, der innerhalb des Nahfeldes der binären Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) liegt und die senkrecht mit einem Laserstrahlenbündel (L) durchstrahlt werden, wodurch in einer Ebene im Fernfeld der binären Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) ein Beugungsmuster (BM) resultiert, anhand dessen die laterale Ausrichtung der mikrooptischen Strukturen durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die laterale Ausrichtung der mikrooptischen Strukturen anhand einer entlang eines Kreisringes verlaufenden Amplitudenmodulation der ersten Beugungsordnung (1BO) erfolgt, indem aus alternierenden Hell-Dunkel-Abschnitten der größte Dunkel-Abschnitt ausgewählt und eine Verschiebung entlang einer Bahn, die vom Zentrum des Beugungsmusters (BM) zum Zentrum des größten Dunkel-Abschnittes verläuft, durchgeführt wird bis ein geschlossener heller Kreisring vorliegt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitudenmodulation visuell ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor der gegenseitigen Ausrichtung zwischen die beiden Substrate (3, 4) örtlich begrenzt Klebemittel eingebracht wird, innerhalb dessen sich geeignete Abstandshalter befinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Helligkeit der nullten Beugungsordnung (0BO) ermittelt wird.
Optisches Verbundelement, bestehend aus einem Paar transparenter, mit mikrooptischen Strukturen versehener plattenförmiger Substrate (3, 4), enthaltend mindestens zwei Paare (5, 6) von sich gegenüberliegenden binären Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) konzentrischer Kreise, bei denen zwischen ersten binären Strukturen (7, 9) eines Paares (5, 6), die auf der Oberfläche des einen Substrates (3) und zweiten binären Strukturen (8, 10) dieses Paares (5, 6), die auf der Oberfläche des anderen Substrates (4) angeordnet sind, ein Abstand besteht, der innerhalb des Nahfeldes der binären Strukturen (1, 2, 7, 8, 9, 10) liegt, wobei die mikrooptischen Strukturen ein optisches System zur Umwandlung einer primären Intensitätsverteilung in eine vorgegebene, raumwinkelabhängige Intensitätsverteilung bilden, das auf dem ersten Substrat (3) erste diffraktive mikrooptische Homogenisierungsstrukturen (3'), die aus der primären Intensitätsverteilung in einer ersten Ebene (E1) eine feinstrukturierte Amplituden- und Phasenverteilung erzeugen und auf dem zweiten Substrat (4) und in der ersten Ebene (E1) angeordnete zweite diffraktive mikrooptische Homogenisierungsstrukturen (4') enthält, die aus der feinstrukturierten Amplituden- und Phasenverteilung die vorgegebene, raumwinkelabhängige Intensitätsverteilung in einer zweiten Ebene (E2) generieren.