DE1673962B1

DE1673962B1 - Abtasteinrichtung zur gleichzeitigen abtastung flaechen hafter muster in mehreren abtastrichtungen

Info

Publication number: DE1673962B1
Application number: DE19681673962
Authority: DE
Inventors: Rottmann Hans Ralph
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1967-02-21
Filing date: 1968-02-16
Publication date: 1971-06-09
Also published as: GB1212388A; FR1557941A; US3457422A

Description

1 2

Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Abtast- rechten Ebene drehende Element jeweils ein um seine einrichtung zur gleichzeitigen Ermittlung der Lage optische Achse drehbar angeordnetes Dove-Prisma von Begrenzungspunkten eines flächenhaften Musters ist. In vorteilhafter Weise ist für alle Teilstrahlenin mehreren Abtastrichtungen mittels strahlungsemp- gänge eine gemeinsame, durch einen rotierenden findlicher Elemente, die einer aufeinanderfolgende 5 Polygonspiegel gebildete Ablenkvorrichtung vorge-Bereiche des flächenhaften, strahlenabgebenden oder sehen, wobei den Spiegelflächen des Polygonspiegels Strahlen reflektierenden Musters abtastenden Ab- in Zuordnung zu den einzelnen Strahlengängen jelenkvorrichtung zur Erzeugung von der Abtaststrah- weils eine Schlitzblende und ein empfindliches lung entsprechenden Ausgangssignalen nachgeschaltet Element zugeordnet ist. Zur Bestimmung der Absind, ίο messungen des abzutastenden Musters ist die erfin-

Abtasteinrichtungen dieser Art können dazu be- dungsgemäße Einrichtung in vorteilhafter Weise so

nutzt werden, die Ausdehnung flächenhaften Musters ausgebildet, daß den lichtempfindlichen Elementen

in einer bestimmten Richtung zu bestimmen. Ein Bei- von einem Oszillator beaufschlagte Zähler nachge-

spiel hierfür ist die Messung des Abstandes gegen- schaltet sind.

überliegender Kanten von undurchsichtigen Bereichen 15 Eine andere vorteilhafte Ausführungsform der eran Mustern, wie sie als optische Masken in der Photo- findungsgemäßen Einrichtung zur Justierung der lithographie bei der Herstellung von mikroelektro- Position des abzutastenden Musters ist so ausgebildet, nischen Schaltkreisen verwendet werden. Die hierbei daß zum Vergleich der von den lichtempfindlichen gewonnenen Abtastsignale können auch dazu benutzt Elementen abgegebenen Abtastsignale mit Referenzwerden, die Positionierung des Musters zu steuern. 20 Signalen ein bei fehlender zeitlicher Koinzidenz der

Die bekannten Abtasteinrichtungen dieser Art sind Signale die Positioniereinrichtung für das Muster be-

durchwegs auf eindimensionale Abtastung beschränkt. einflussender Vergleicher vorgesehen ist. In vorteil- M

Soll die Abtastung in mehreren Richtungen erfolgen, hafter Weise werden dabei die Referenzsignale mittels ™

so ist eine den gewünschten Abtastrichtungen ent- eines auf der Achse des als Ablenkvorrichtung

sprechende Zahl von Abtasteinrichtungen erforder- 25 dienenden Polygonspiegels angeordneten, zweiten

lieh. Diese Systeme von Abtasteinrichtungen bergen Polygonspiegels erzeugt.

jedoch eine Reihe von Nachteilen und Beschränkun- Die Erfindung wird an Hand von in den Zeichgen in sich. So ist jede Abtasteinrichtung, unabhängig nungen erläuterten Ausführungsbeispielen beschrievon ihrer Befestigung, anfällig für mechanische ben. Es zeigt

Schwingungen und Erschütterungen. Die dadurch be- 30 Fig. IA schematisch in schaubildlicher Ansicht

dingten Fehler jeder einzelnen Anordnung resultieren dargestellt ein erstes Ausführungsbeispiel der Abtast-

in einer Herabsetzung der Genauigkeit des Abtast- einrichtung in Verbindung mit einer Einrichtung zur

ergebnisses. Die Verwendung einer Reihe von Abtast- Positionierung eines Objekts in mehreren Richtungen,

einrichtungen erfordert nicht nur eine fortgesetzte F i g. 1B im Blockschaltbild Steuerschaltkreise für

Ausrichtung jeder einzelnen Einrichtung, sondern 35 die in F i g. 1A dargestellte Einrichtung,

auch eine dauernde Synchronisation zwischen ihnen. F i g. 1C ebenfalls im Blockschaltbild ein anderes

Dieser Umstand ist bei der Positionierung eines Beispiel für Steuerschaltkreise zu der in Fig. IA

Musters von besonderer Bedeutung, da hierbei die dargestellten Einrichtung,

Lage des Musters von seiner relativen Position gegen- F i g. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Ab-

über einem Bezugssystem von Koordinatenachsen ab- 40 tasteinrichtung zur Bestimmung des Durchmessers

hängig ist. Weitere Fehlermöglichkeiten bei der Ver- eines Objekts in zwei zueinander senkrechten Rich-

wendung einer Reihe von Abtasteinrichtungen sind tungen, schematisch in schaubildlicher Ansicht dar-

z. B. Unterschiede in der Intensität des reflektierten gestellt, j

Lichts. F i g. 3 ebenfalls in schematischer, perspektivischer \

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Vermeidung 45 Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel der Ab-

der genannten Nachteile eine verbesserte Abtast- tasteinrichtung zur Bestimmung des Durchmessers

einrichtung anzugeben, welche die gleichzeitige Ab- einens Objekts in mehreren voneinander verschie-

tastung in mehreren zu einer gegebenen Ablenkrich- denen Richtungen und

tung nicht parallelen Richtungen gestattet und eine F i g. 3 A einen Signalpegelsteuerschaltkreis, wie er

Auswertung der Abtastsignale zur Bestimmung der 50 in der Einrichtung von F i g. 3 verwendet wird.

Abmessungen des abzutastenden Musters und eine In Fig. IA ist eine mit optischen und mechanischen

Korrektur der Lage des Musters ermöglicht. Mitteln arbeitende Einrichtung dargestellt, die in Ver-

Bei einer Abtastrichtung der eingangs beschrie- bindung mit in den F i g. 1B und 1C dargestellten benen Art wird dies gemäß der Erfindung dadurch Schaltkreisen dazu dient, einen Gegenstand 1 bezügerreicht, daß zur Aufteilung des Musters des abbil- 55 lieh der Koordinatenachsen X und Y auf einer denden Strahlengangs Strahlenteiler vorgesehen sind, Grundfläche oder hinsichtlich einer Bezugebene ausdaß in jeden Teilstrahlengang jeweils ein das Bild des zurichten. Der Gegenstand 1 kann die Gestalt eines Musters in einer zur Strahlungsrichtung senkrechten Werkstücks haben, für das eine genaue Positionie-Ebene um die jeweilige optische Achse drehendes rung verlangt wird. Er kann auch aus einem Werk-Element angeordnet ist und daß die durch die Dreh- 60 zeug zur Durchführung mechanischer Verfahrenslage des bilddrehenden Elements bestimmten Teil- schritte bestehen. Der Gegenstand 1 kann ferner Strahlengänge auf die Ablenkvorrichtung geführt sind durch ein Halbleiterplättchen oder eine Maske ge- und die durch die Ablenkvorrichtung gegebene Ab- bildet werden, wie sie bei der Herstellung von mikrotastrichtung zu der jeweiligen Abtastrichtung des ge- elektronischen Schaltungen verwendet werden, drehten Bildes parallel liegt. 65 Schließlich kann der Gegenstand 1, wie dargestellt,

Die erfindungsgemäße Abtasteinrichtung ist in vor- eine das Licht der Lichtquelle 2 reflektierende Oberteilhafter Weise so ausgebildet, daß das Bild des fläche besitzen, oder er kann nichtreflektierend sein. Musters in einer zur jeweiligen optischen Achse senk- Die sich hierbei ergebenden leuchtenden Bilder oder

3 4

Schattenbilder können in gleicher Weise dazu be- ein elektrisches Signal S_Y erzeugt. Dieses Ausgangsnutzt werden, Helligkeitsschwankungen geeigneten, signal wird über die Leitung 53 einem geeigneten strahlungsempfindlichen Mitteln, wie beispielsweise Schaltkreis zur Durchführung der gewünschten Ausden Photozellen 3, 4 und 5, zuzuführen. Der Gegen- richtung des Gegenstands 1 in der Y-Achse zugeführt, stand 1 ist zur Veranschaulichung der Bilddrehung 5 Entsprechend wird das nicht gedrehte Bild durch mit einem »I« auf seiner Oberfläche versehen. den Abtaster 22 auf die Abtastplatte 28 geworfen.

Zur Abbildung des Gegenstandes 1 kann jedes be- Die Abtastplatte 28 weist die beiden schlitzförmigen

liebige, mit reflektiertem oder durchscheinendem Öffnungen 29 und 30 auf, durch die das Licht des

Licht arbeitende, optische System verwendet wer- Bildes auf die Photozellen 3 und 4 gelangt. Die durch

den. Ebenso können beliebige, strahlungsempfind- io die Photozellen 3 und 4 erzeugten elektrischen Si-

liche Mittel verwendet werden, die entsprechend der gnale S_x und Se werden durch zwei voneinander ge-

Schwankung der Beleuchtungsstärke bei der Ab- trennte Punkte der Vorderkante des Bildes 19 a im

tastung der Gegenstandsfläche ein elektrisches Aus- Abtastweg bestimmt. Die Ausgangssignale S_x und Se

gangssignal liefern. Insbesondere kommen hierfür werden über die Leitungen 54 und 55 Schaltkreisen

Photoleiter, Photovervielfacher, gasgefüllte oder eva- 15 zugeführt, die die Ausrichtung des Gegenstandes 1

kuierte Photo-Röhren oder Festkörperdetektoren in entlang der X-Achse und bezüglich des Winkels Θ

Frage. bewirken.

Der Gegenstand 1 ruht auf der Grundplatte 6, Der Abtaster 22 ist im dargestellten Ausführungs-

deren Drehlage durch das Getriebe 7 und den Servo- beispiel als rotierender Polygonspiegel ausgebildet,

Antrieb 8 bestimmt wird. Die Grundplatte 6 ist Teil 20 der über die Achse 31 durch den Motor 22 ange-

der Positioniereinrichtung 9. Ihre Translations- trieben wird. Auf der Achse 31 ist ferner der Abtaster

bewegung in der X- und Γ-Richtung erfolgt durch 33 angeordnet. Dieser in seinem Aufbau dem Ab-

die verschiebbaren Tische 10 und 11 über die Servo- taster 22 gleichende Abtaster, dient zur Erzeugung

Antriebe 12 und 13. von Bezugssignalen S_RX und S_RY für die Zuordnung

Mit der Positioniereinrichtung 9 wirkt ein mit 14 25 der bei der Abtastung der Bilder des Gegenstandes 1

bezeichnetes, optisches System zusammen, das gleich- erzeugten Signale.

zeitig mit der Abtastung des Gegenstandes 1 in einer Das System zur Erzeugung der Bezugssignale entbestimmten Richtung eine Abtastung in einer be- hält ferner die Lichtquelle 34. Ein von dieser Lichtliebigen, zur ersten Abtastrichtung nicht parallelen quelle ausgehender Bezugsstrahl 36 wird durch die Richtung ermöglicht. Das optische System 14 enthält 30 Schlitzblenden 35 der Platten 37 auf den Abtaster 33 die Kolimatorlinse 15, die das vom Gegenstand 1 geworfen und von da durch die schlitzförmige BiIdrefiektierte Licht auf den Strahlenteiler 16 wirft, der Öffnung 38 der Platte 39 auf die strahlungsempfindauf den optischen Achsen 17 und 18 die korrespon- liehen Mittel 40 reflektiert, die den auftreffenden Bedierenden Bilder 19 und 19 a entstehen läßt. zugsstrahl 36 in das Bezugssignal S_RX an der Leitung

In der optischen Achse 17 des ersten Bildes 19 ist 35 52 umwandeln. Die Synchronisierung des Bezugsdas eine Drehung des Bildes erzeugende Element 20 signals S_RX mit dem Abtastsignal S_x geschieht durch angeordnet. Das Element 20 wird in der Darstellung konventionelle Mittel. Diese Synchronisierung kann durch ein Dove-Prisma gebildet. Es könnte jedoch z. B. während der Vorabeinstellung der Einrichtung ebenso jedes andere bilddrehende Element, wie z. B. aus der Lage eines zuerst eingebrachten Gegenstandes ein Pechan-Prisma, verwendet werden. Das Dove- 40 einer Reihe von Gegenständen herbeigeführt werden, Prisma ist mit seiner Längsrichtung auf die optische die für die gewünschte Position der folgenden Gegen-Achse 17 ausgerichtet. Auf diese Weise kann das stände bestimmend ist. Zu ihrer Durchführung sind durch das Dove-Prisma übertragene Bild 19 durch die Lichtquelle 34 und die ihr zugeordneten Blendenbloße Drehung des Dove-Prismas um seine Längs- platten 37 zur Justierung des Einfallswinkels des auf achse in einer zur optischen Achse 17 senkrechten 45 den Abtaster 33 auftreffenden Lichtstrahls 36 in einer Ebene derart gedreht werden, daß das gedrehte Bild Einheit 41 vereinigt. In ähnlicher Weise sind die Ab-21 über den ortsfesten Spiegel 23 und die Okular- tastplatte 39 und das strahlungsempfindliche Element Linse 15,4 bezüglich der Richtung des durch den 40 in einer Abfühleinheit 42 vereinigt, die auf den Abtaster 22 erzeugten Abtaststrahls die gewünschte gewünschten Reflexionswinkel des Lichtstrahls 36 Laae einnimmt. Dem Abtaster 22 wird ferner das 5° vom Abtaster 33 justiert werden kann. Die relative nicht gedrehte, zweite Bild 19 a über die Okular- Lage der Beleuchtungseinheit 41 und der Abfühl-Linse 15 B, den ortsfesten Spiegel 24 und das weiter- einheit 42 liefert somit ein geeignetes Mittel, um die hin auf der optischen Achse 18 angeordnete, optische gewünschte Korrelation des Bezugssignals S_RX mit der Kompensationselement 25 zugeführt. Zeit zu erreichen. In dem dargestellten Ausführungs-

Der Abtaster 22 besteht in diesem Ausführungs- 55 beispiel ist die Vorabeinstellung des Bezugssignals S_RX beispiel aus einem rotierenden Spiegel, der ein auf so gewählt, daß es mit demjenigen Ausgangssignal S_x ihn geworfenes Bild zur Übertragung auf strahlunas- übereinstimmt, das der Vorderkante des nicht geempfindliche Mittel auf eine eine schlitzförmige Öff- drehten Bildes 19 a im Abtastweg des Abtasters 22 nung aufweisende Abtastplatte reflektiert. Dabei entspricht.

wird die Geschwindigkeit, mit der das reflektierte 60 In ähnlicher Weise wird das Bezugssignal S_RY erBild über den Öffnungsschlitz geführt wird, durch die zeugt mittels der Lichtquelle 43, von der ein Bezugs-Winkelgeschwmdigkeit des Abtasters bestimmt. Bei strahl 44 durch die Schlitzblenden 45 der Platten 46 dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das ge- dem Abtaster 33 zugeführt und von da durch die drehte Bild 21 durch den Abtaster 22 auf die Ab- schlitzförmige Bildöffnung 47 der Abtastplatte 47^4 tastplatte 26 geworfen. Das Licht des gedrehten 65 auf den strahlungsempfindlichen Empfänger 48 reflek-Bildes 21 tritt durch die Öffnung 27 hindurch und ge- tiert wird. Das aus dem Einfallstrahl 44 gebildete langt auf die Photozelle 5, die, wenn beispielsweise Ausgangssignal S_RY liegt an der Leitung 51. Die zeitdie Vorderkante des Bildes in den Abtastweg gelangt, liehe Justierung des Bezugssignals S_RY erfolgt in ent-

5 6

sprechender Weise, indem die Beleuchtungseinheit 49, wandelte Schaltung dargestellt, durch welche der

platten 46, und die Abfühleinheit 50, bestehend aus der Z-Richtung und der F-Richtung hinsichtlich

der Abtastplatte 47^4 und dem lichtempfindlichen einer gewünschten Bezugsebene ausgerichtet werden Element 48, relativ zueinander verschoben werden. 5 kann. Zusätzlich erlaubt die Schaltung nach F i g. 1C

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorab- die Messung des Durchmessers des Gegenstandes 1.

einstellung des Bezugssignals S_RY so gewählt, daß es Korrespondierende Elemente der beiden Figuren

mit dem AbtastsignaZ S_Y übereinstimmt, das durch haben dieselben Bezugsnummern. Da die Wirkungs-

die Vorderkante des gedrehten Bildes 21 im Abtast- weise gemeinsamer Teile der Schaltkreise entspre-

weg des Abtasters 22 erzeugt wird. io chend ist, beschränkt sich die Beschreibung der

Der in Fig. IB dargestellte Schaltkreis dient zur Fig. IC auf die getroffenen Abänderungen.
Korrelation der Abtastsignale S_x, S_Y und 5© mit den Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, wird der Bezugssignalen S_RX und S_RY und zur Betätigung der Ausgang des mit dem Bezugssignal S_RX beaufschlag-Servoantriebe 8, 12 und 13, die den Gegenstand 1 ten Spitzendetektors 66 dem Tor 72 zugeführt, das bezüglich der Koordinatenachsen X und Y einer Be- 15 mit dem Ausgang des Inverters 73 verbunden ist, der zugsebene in die gewünschte Lage bringen. Die durch seinerseits mit dem Ausgang des »©«-Koinzidenzdas strahlungsempfindliche Element 3 auf der Lei- kreises 60 verbunden ist. Auf diese Weise wird mittung 54 erzeugten Abtastsignale S_x werden im Ver- tels des Tors 72 der dem Bezugssignal S_RX entsprestärker 56 verstärkt und dem Spitzendetektor 57 zu- chende Eingangsimpuls vom zugeordneten Spitzengeführt, dessen Ausgang über die verzweigten Lei- 20 detektor 66 so lange am Eintritt in den Koinzidenztungen 58 und 59 den beiden Koinzidenz-Strom- kreis 61 gehindert, bis Koinzidenz zwischen den kreisen 60 und 61 zugeführt wird. In entsprechender Abtastsignalen S_x und Sg durch Verschwinden des m Weise wird das vom strahlungsempfindlichen EIe- Ausgangssignals ihres zugeordneten Koinzidenz- ™ ment 4 auf der Leitung 55 erzeugte Signal Se im kreises 60 hergestellt ist. Das verschwindende AusVerstärker 62 verstärkt und dem Spitzendetektor 63 25 gangssignal wird im Inverter 73 in ein positives zugeführt, dessen Ausgang zum Vergleich mit dem Signal umgewandelt, welches an das Tor 72 gelangt, entsprechenden, durch das Abtastsignal S_x erzeugten so daß der dem Bezugssignal S_RX entsprechende Im-Wert dem Koinzidenz-Stromkreis 60 zugeführt wird. puls des Spitzendetektors 72 durchgelassen wird.
Die Koinzidenzkreise 60, 61 und 64 erzeugen ein Nach der Korrektur der Abweichung des Gegen-Fehlersignal, wenn das jeweilige Eingangssignalpaar 30 Standes 1 in der X-Richtung werden die verschwinnicht gleichzeitig auftritt. Das Fehlersignal wird dazu denden Ausgangssignale der Koinzidenzkreise 60 benutzt, die Abweichung mittels eines angeschlosse- und 61 durch ,die jeweiligen Inverter 73 und 74 in nen Servo-Antriebes zu korrigieren. Fehlende Koin- positive Signale umgeformt, die über den UND-zidenz zwischen den Abtastsignalen S_x und Sq führt Schalter 75 zu den Toren 76 und 77 geleitet werden, somit zu einem Ausgangssignal vom Koinzidenzkreis 35 Die Tore 76 und 77 steuern den Vergleich des Ab-60 zum Servoantrieb 8, der bewirkt, daß der Gegen- tastsignals S_Y mit dem Bezugssignal S_RY. Ist die Ausstand 1 so lange gedreht wird, bis seine Vorderkante richtung des Gegenstandes 1 in der Θ- und Z-Richparallel zu der F-Koordinate der Bezugsebene liegt. tung erfolgt, so werden auf diese Weise die Tore 76 Wenn die richtige Orientierung der Drehlage erreicht und 77 geöffnet, so daß der Vergleich der Signale S-,-ist, fallen die Signale S_x und S_e zeitlich zusammen, 40 und S_RY im Koinzidenzkreis 64 und die daraufso daß das Fehlersignal des Koinzidenz-Stromkreises folgende Korrektur des Gegenstandes 1 in der Null wird und den Servoantrieb stoppt. F-Richtung der Bezugsebene erfolgen kann.

Entsprechend wird mangelnde Übereinstimmung Zusätzlich wird das nach erfolgter Ausrichtung in der Signale S_x und S_RX dazu benutzt, den Servo- der Θ- und X-Richtung auftretende Null-Signal nach \ antrieb 12 zu betätigen, um den Gegenstand in der 45 Umwandlung in ein positives Signal durch den In-X-Richtung der Bezugsebene zu positionieren. Zu verier 74 zusammen mit dem verstärkten Signal S_x diesem Zweck sind die durch das Element 40 auf die dem UND-Schalter 78 zugeführt. Dadurch läßt das Leitung 52 gelangten Bezugssignale S_RX über den Tor 79 während der Dauer des Abtastsignals S_x Im-Verstärker 65 und den Spitzendetektor 66 mit dem pulse vom Oszillator 80 auf den Zähler 81 gelangen. Ausgang des dem Abtastsignal S_x zugeordneten 50 Auf diese Weise liefert der Zähler 81 eine Impuls-Spitzendetektors 57 verbunden. Das durch den Koin- zählung, die der Ausdehnung des Gegenstandes 1 in zidenzkreis 61 erzeugte Fehlersignal wird dazu be- der X-Richtung proportional ist.
nutzt, den Servoantrieb 12 zur erwähnten Verschie- Entsprechend wird das nach der Ausrichtung des bung des Gegenstandes 1 in der X-Richtung der Gegenstandes 1 in der Θ-, X- und Y-Richtung auf-Bezugsebene zu betätigen. 55 tretende Null-Signal des Koinzidenzkreises 64 durch

In entsprechender Weise sind die vom Element 5 den Inverter 82 in ein positives Signal umgewandelt, auf der Leitung 53 erzeugten Abtastsignale S_Y über das zusammen mit dem verstärkten Abtastsignal Sy den Verstärker 68 und den Spitzendetektor 69 mit über den UND-Schalter 83 dem Tor 84 zugeführt dem Koinzidenzkreis 64 verbunden, der auch ein wird. Dadurch wird das Tor 84 geöffnet, so daß Im-Signal vom Spitzendetektor 70 erhält, der seinerseits 60 pulse vom Oszillator 80 auf den Zähler 85 gelangen über den Verstärker 71 mit dem vom Element 48 auf können. Der Zähler 85 liefert somit eine Impulsder Leitung 51 erzeugten Bezugssignal S_RY beauf- zählung, die der Ausdehnung des Gegenstandes 1 in schlagt ist. Das durch den Koinzidenzkreis 64 er- der Y-Richtung proportional ist.
zeugte Fehlersignal bezüglich der Signale S_x und S_RY Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Abtastwird dem Servoantrieb 13 zugeführt, durch den der 65 einrichtung ist in F i g. 2 dargestellt. Die in dieser Gegenstand 1 in der Y-Richtung der gewünschten Figur gezeigte Einrichtung dient dazu, die Abmes-Bezugsebene verschoben wird. sungen eines Gegenstandes 90, der mittels der in

In Fig. IC ist eine gegenüber der Fig. IB abge- Fig. 1 beschriebenen oder einer anderen geeigneten

Claims

7 8

Einrichtung ausgerichtet worden ist, in der X- und weise in Fig. 3A dargestellt ist, geregelt wird. An F-Richtung zu bestimmen. Die Art und Weise der den Zählerschaltkreis 130 gelangen dadurch Signale, Erzeugung und Übertragung eines gedrehten und die der durch den Aufdruck 110 reflektierten Lichteines nicht gedrehten Bildes des Gegenstandes 90 in intensität entsprechen, während die Wirkung des den optischen Achsen 17 und 18 ist im wesentlichen 5 vom übrigen Teil der Oberfläche des Plättchens 111 dieselbe wie bei der in Fig. IA dargestellten Ein- reflektierten Lichts unterdrückt wird. Auf diese Weise richtung. Korrespondierende Elemente haben die- wird die Photozelle 128 so gesteuert, daß sie entselben Bezugsnummern. Im Gegensatz zum vorher sprechend der reflektierenden Eigenschaften des Aufbeschriebenen Ausführungsbeispiel sind die optischen drucks 110 während eines der Länge des DurchAchsen 17 und 18 der gedrehten und nicht gedrehten io messers »c« zweier gegenüberliegender Seiten des Bilder 91 und 92 jedoch auf verschiedene Umfangs- sechseckigen Aufdrucks proportionalen Zeitintervalls flächen des abtastenden Polygonspiegels 22 gerichtet. ein Ausgangssignal liefert. Der Zählerschaltkreis 130 Die reflektierten Bilder überstreichen die Abfühl- ist während der Zeitdauer dieses Intervalls erregt einheiten 93 und 94. Die Abfühleinheit 93 enthält die und liefert ein Ausgangssignal, das in diesem Falle Abtastplatte 95 mit der schlitzförmigen Öffnung 96, 15 dem Abstand »c« des Aufdrucks 110 proportional ist. die vom gedrehten Bild überstrichen wird. Das durch Das durch den Strahlenteiler 119 hindurchtretende den Öffnungsschlitz 96 auf die Photozelle 97 fallende Bild 120 wird über den Spiegel 131 in der optischen Licht wird im Verstärker 98 verstärkt und der Tor- Achse 133 durch die Okkularlinse 132 B auf eine schaltung 101 zugeführt. Bei Erregung der Torschal- zweite reflektierende Fläche des Abtastspiegels 123 tung 101 gelangen Impulse vom Oszillator 99 auf den 20 geworfen, von der es auf die schlitzförmige Öffnung auslesbaren Zähler 100, die eine Anzeige für die 134 der Abtastplatte 135 geworfen wird. Ausdehnung des Gegenstandes 90 in der Y-Richtung Die Abtastung des Bildes 120 durch die schlitzliefem. In entsprechender Weise wird das nicht ge- förmige Öffnung 134 erzeugt in der Photozelle 137 drehte Bild 92 durch den Abtaster 22 über die Ausgangssignale, die über den Signalpegelsteuerkreis schlitzförmige öffnung 102 der Abtastplatte 103 ab- 25 139 den Zählerschaltkreis 138 erregen. Wie im vorgelenkt. Das auf die Photozelle 104 gelangende Licht hergehenden Falle wird der Signalpegelsteuerkreis erzeugt ein Signal, das im Verstärker 105 verstärkt I39 dazu benutzt, den reflektierenden Eigenschaften wird und die Torschaltung 106 erregt. Dadurch ge- des Aufdrucks 110 entsprechende Signale der Photolangen Impulse vom Oszillator 29 zum auslesbaren zelle 137 zu trennen. Ein Kompensationselement wird Zähler 107, die eine Anzeige für die Ausdehnung 30 in der optischen Achse 133 nicht benötigt. Die durch des Gegenstandes 90 in der X-Richtung liefern. das Dove-Prisma 132 eingeführte, zusätzliche optische Das in F i g. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der Weglänge wird durch den Weg 121 zwischen dem Abtasteinrichtung, das ihre Vielseitigkeit verdeut- Strahlenteiler 119 und dem Spiegel 131 kompensiert, liehen soll, dient dazu, den jeweiligen Abstand gegen- Die Länge des dritten Durchmessers »δ« zwischen überliegender Seiten des reflektierenden, sechs- 35 entsprechenden gegenüberliegenden Seiten des sechseckigen Aufdrucks 110 auf dem weniger stark reflek- eckigen Aufdrucks 110 wird mit Hilfe des Bildes 118 tierenden Plättchen 111, das auf einer Grundplatte gemessen, das durch den Strahlenteiler 115 entlang 112 ruht, zu bestimmen. Das Plättchen 111 ist so der optischen Achse 117 übertragen wird. Wie im ausgerichtet, daß der Durchmesser »α« dem Abtast- ersten Falle ist in der optischen Achse 117 das Doveweg des Abtasters 123 parallel liegt. Das Bild der 40 Prisma 140 angeordnet, durch welches das Bild 118 durch die Lichtquelle 113 beleuchteten Oberfläche J_n einer zur optischen Achse 117 senkrechten Ebene des Plättchens 111 wird durch die Kollimatorlinse gedreht wird. Der Drehwinkel des Bildes 118, der 114 auf den Strahlenteiler 115 geworfen, über den durch die Drehlage des Dove-Prismas 114 um seine die Bilder 122 und 118 auf den optischen Achsen Längsachse bestimmt wird, ist so gewählt, daß der 116 und 117 erzeugt werden. 45 Durchmesser »ö« parallel zu der Abtastrichtung des In der optischen Achse 116 ist der zweite Strahlen- Abtasters 23 liegt. Diese Lage ist durch das gedrehte teiler 119 angeordnet, der zum Bild 122 korrespon- Bild 141 auf der optischen Achse 142 angedeutet, dierende Bilder 120 und 124 auf den optischen Der Lichtweg des gedrehten Bildes wird durch den Achsen 121 und 125 erzeugt. In der optischen Achse Spiegel 143 abgelenkt und über die Okularlinse 125, die auf eine reflektierende Fläche des Polygon- 50 142,4 auf eine andere reflektierende Fläche des PoIyabtasters 123 gerichtet ist, sind das bilddrehende gonspiegels 123 geworfen. Das vom Abtaster 123 Dove-Prisma 132 und die Okkularlinse 132,4 ange- reflektierte Licht des gedrehten Bildes 141 überordnet. Beim Durchgang durch das Dove-Prisma 132 streicht die schlitzförmige Öffnung 144 der Abtastwird das Bild in einer zur optischen Achse 125 senk- platte 145. Die durch den Öffnungsschlitz 144 hinrechten Ebene um einen Betrag gedreht, der durch 55 durchtretenden, aufeinanderfolgenden Teile des gedie Drehlage des Dove-Prismas 132 um seine Längs- drehten Bildes 141 erzeugen in der Photozelle 146 achse bestimmt wird. Die Winkeljustierung des Dove- Ausgangsimpulse, die unter Steuerung des Signal-Prismas 132 ist dabei so gewählt, daß der Durch- pegelsteuerkreises 147 den Zählerschaltkreis 148 ermesser »c« des sechseckigen Aufdrucks 110, wie regen, der die gewünschten Meßdaten für die Länge durch das gedrehte Bild 136 angedeutet, parallel zur 60 des Durchmessers »fc« des Aufdrucks 110 liefert. Abtastrichtung des Abtasters 123 liegt. Das vom Abtaster 123 reflektierte Bild 136 überstreicht die schlitz- Patentansprüche· förmige Öffnung 126 der Abtastplatte 127 mit einer

durch die Winkelgeschwindigkeit des Abtasters 123 1. Photoelektrische Abtasteinrichtung zur gleichbestimmten Geschwindigkeit. Das bei dieser Abtast- 6g zeitigen Ermittlung der Lage von Begrenzungsbewegung auf die Photozelle 128 auftreffende Licht punkten eines flächenhaften Musters in mehreren erzeugt ein elektrisches Signal, dessen Pegel durch Abtastrichtungen mittels strahlungsempfindlicher eine übliche Steuerschaltung 129, wie sie beispiels- Elemente, die einer aufeinanderfolgende Bereiche

109 524/180

des flächenhaften, strahlenabgebenden oder Strahlen reflektierenden Musters abtastenden Ablenkvorrichtung zur Erzeugung von der Abtaststrahlung entsprechenden Ausgangssignalen nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufteilung des Musters (1) des abbildenden Strahlengangs Strahlenteiler (16 bzw. 115, 119) vorgesehen sind, daß in jeden Teilstrahlengang jeweils ein das Bild des Musters in einer zur Strahlungsrichtung senkrechten Ebene um die jeweilige optische Achse (17 bzw. 117, 125) drehendes Element (20 bzw. 140, 132) angeordnet ist und daß die durch die Drehlage des bilddrehenden Elements (20 bzw. 140,132) bestimmten Teilstrahlengänge auf die Ablenkvorrichtung (22 bzw. 123) geführt sind und die durch die Ablenkvorrichtung gegebene Abtastrichtung zu der jeweiligen Abtastrichtung des gedrehten Bildes (21 bzw. 91, bzw. 141 bzw. 136) parallel liegt.
2. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das das Bild des Musters in einer zur jeweiligen optischen Achse senkrechten Ebene drehende Element (20; 140; 132) jeweils ein um seine optische Achse drehbar angeordnetes Dove-Prisma ist.
3. Abtasteinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Teilstrahlengänge eine gemeinsame, durch einen rotierenden Polygonspiegel (22; 123) gebildete Ablenkvorrichtung vorgesehen ist und daß den Spiegelflächen des Polygonspiegels in Zuordnung zu den einzelnen Teilstrahlengängen jeweils eine Schlitzblende (26, 28; 95, 103; 45, 127, 135) und ein lichtempfindliches Element (3, 4, 5; 97, 104; 146, 128, 137) zugeordnet ist.
4. Abtasteinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß den lichtempfindlichen Elementen von einem Oszillator (80; 99) beaufschlagte Zähler (81, 85; 100, 107; 148, 130, 138) nachgeschaltet sind.
5. Abtasteinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Vergleich der von den lichtempfindlichen Elementen abgegebenen Abtastsignalen mit Referenzsignalen ein bei fehlender zeitlicher Koinzidenz der Signale die Positionseinrichtung (8,12,13) für das Muster beeinflussender Vergleicher (60, 61, 64) vorgesehen ist.
6. Abtasteinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Referenzsignale ein auf der Achse (31) des als Ablenkvorrichtung dienenden Polygonspiegels (22) angeordneter, zweiter Polygonspiegel (33) vorgesehen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen