DD215158A1 - Fotoelektrische messeinrichtung - Google Patents

Abstract

Bei einer fotoelektrischen Messeinrichtung, insbesondere zur mikroskopischen Koordinatenbestimmung von Strukturen und Kanten, sollen der bedienungstechnische Aufwand verringert, die Messgeschwindigkeit erhoeht und die Moeglichkeiten der Messanwendungen erweitert werden. Es war deshalb eine Messeinrichtg. zur schnellen fotoelektrischen Auswertg. zu schaffen, mit der bei einem hohen Dynamikumfang sowohl grosse als auch geringe Bestrahlungen auswertbar sind und bei der eine Ausrichtung der Messeinrichtung zur Objektstruktur bzw. -kante nicht erforderlich ist. Erfindungsgemaess wird der Messstrahlengang von einem CCD-Array abgetastet.

Description

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Titel der 5rfindung: iOtoeiektrische Meßeinrichtung

Anwendungsgebiet der Erfindung:: ·

Die Erfindung betrifft eine fotoelektrische Meßeinrichtung, insbesondere zur mikroskopischen KoordinatenbeStimmung ruhender oder bewegter, vorzugsweise'flächenhaf'ter Strukturen und Kanten, mit einem Objektiv und einem Strahlenteiler zur Teilung des Strahlenganges in einen Meß- und einen Beobachtungsstrahlengang, wobei im Meßstrahlengang eine Abbildungsoptik und eine fotoelektrische .Auswerteeinheit- und im Beobachtungsstrahiengang Vorzugs— weise eine Orientierungsmarke ·und ein:Okular angeordnet sind·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Ss sind bereits zahlreiche Vorrichtungen bekannt, auf welcher ein optisches System ein Bild eines Prüflings erzeugt, das eine bestimmte Position gegenüber dem MeBsystem einnimmt, welches visuell ausgewertet wird (z* 3. DD-WP 215 310).

Die Koordinatenbestimmung von Strukturen und Kanten auf der Grundlage einer objektivierten Antastung vermeidet solche Meßfehler, die subjektive Ursachen haben. Die dazu verwendeten fotoelektrischen Mikroskope mit dynamisch arbeitenden Meßprinzipien stellen im allgemeinen Nuilindikatorsn dar (Fotoelektrische Mikroskope für Längenmessungen; H.-G. woschni; Diss. "3", TH Magdeburg, 1979)"

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üi's ist eine Lösung .vorgeschlagen worden, die Elemente vorsieht, welche es gestatten, das Bild der Struktur in bezug auf die Abtasteinheit exakt auszurichten, mit der sowohl eine visuelle als auch eine fotoelektrische Abtastung er-. zielbar istο

Diese auszuführende Einstellung der Drehlage ist aber für die Automatisierbarkeit.der Meßwerterfassung von fiachteil, .wenn die Koordinaten ruhender Strukturen schnell oder Strukturen in der Bewegung zu ermitteln sind.. ' .Die Elemente sind mit einem Scanner zur Auswertung des Strahlflüsses angeordnet, der jedoch nur eine'begrenzte Msßgeschwindigkeit zuläßt und der;nur relativ hohe Strahlflußwerte verarbeiten bzw. auswerten kann. Die.An- \ wendung .des: bekannten Int.erferenzlinienverfahrens, bei dem der-.Strahlenfluß durch den Einsatz der Spaltblende etwa um den Paktor 10 geschwächt wird, ist somit nicht möglich« Aus der DE-OS 2.4-05.102 ist ein dynsmisehes Abtastvsr-' fahren und eine Einrichtung zur Antastung -beliebig- gerichteter^; Strukturen bekannt. ,Auf Grund der Meß ob 3 eic tan- '.· tastung- durch einen rotierenden Lichtpunkt gelangt hier ". nur'ein-sehr .kleiner Strahlungsfluß zu /den·-· Eotoaufhehmern. !Nachteilig bei dieser Lösung ist ein begrenzöes Arbeiten bei' licht schwachen und' k on tr as tarnten Ob Jek ten, sowie ein hoher lichtelektrischer Aufwand.

Bekannt ist ferner, daß in Meßeinrichtungen mit konventioneller Mikroskopoptik .als fotoelektrische Abtasteinheit eine IV-Kamera eingesetzt wird (Pirmendruckschriften der Pa.'Lsitz Nr. 11.810-066 d Psrnsehnikromstsr^LA^IMECD). Zur Ausrichtung der abzutastenden Struktür auf die Aboast- und Auswerteeinheit ist es bei dieser Einrichtung notwendig, den Strahlengang durch sin Drehprisma am-Mikroskop' einzustellen, was nachteilig ist. Die mechanisch unvermeidbare Exzentrizität zwischen de_;-r optischen und der mechanischen Achse' bewirkt eine fehlerhafte Koordinaten-"oeStimmung bei miteinander zu verrechnenden : :- und j— Koordinatenwerten·

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Ein weiterer iMacirbsil ergibt sich, durch, die Verwendung der Fernsehkamera, die relativ großes Volumen benötigt und derej Aufnahmeröhre langzeitlich. Ermüdungserscheinungen aufweist.

Ziel der Erfindung: ·

Ziel eier ü'rfinclung ist die Verringerung des cedienungstechnischen Aufwandes, die Erhöhung der Meßgeschwindigkeit und die Erweiterung der Meßanwendungsinöglichkeicsn, insbesondere auf das Interferenzlinienverfahren.

Darstellung des Wesens der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfachen Mitteln eine Meßeinrichtung zur schnellen fotoelektrischen Auswertung zu schaffen, mit der bei einem hohen Dynamik umfang sowohl eine große -als auch eine geringe Bestrahlung in Abhängigkeit·der Integrationszeitsteusrung erfaßbar und auswertbar sind und bei der eine Ausrichtung der Meßeinrichtung zur Objektstruktur bzw. -kante nicht erforderlich ist» ;

Diese Aufgabe wird bei einer fotoelektrischen Meßeinrichtung, insbesondere zur mikroskopischen Koordinaten-, bestimmung ruhender oder bewegter, vorzugsweise flachenhafte r Strukturen und Kanten, mit einem Objektiv und einem Strahlenteiler zur Teilung des Strahlenganges in einen Meß- und in einen Beobachtungsstrahlengang, wobei im Meßstrahlengang eine Aboiidungsoptik und eine fotoelektrische Auswerteeinheit und im Secbachtungsstrahlengang vorzugsweise eine Orientierungsinarke und ein Okular ΐηίΌη^ηρτ; qi vir] 2 -;">f ι yir] |~n y ο.3· = ιη b' P, r\ q A π -r> Γ· Π ·νο1 '"". ~ T" ~·ζ<~\ γ- -' ο

fotoelektrische Auswerte einheit aus mindestens einem GCD-Array besteht, das über an sich bekannte schnelle Ansteuer- und Signalveraroeitungsmittel mit einem Digitalrechner über DMA-Betrieb in Verbindung steht* Es ist vorteilhaft, wenn das CGD-Arra~ aus GCD-Zeilen- bzw. CCD-Matrix-Anordnungen besteht. -

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Außerdem ist von Torteil,-wenn die fotoelektrische Auswerte einheit gemeinsam mit dem Strahlenteiler als auswechselbare Baueinheit ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird der vom Beobachtungsstrahlengang getrennte Meßstrahlengang auf die CCD-Aufnehmer fokussiert, von denen ein elektrisches Signal pro Pixel, in Abhängigkeit von der jeweiligen Bestrahlung, erzeugt wird. Das CCD-Arra-/· ist matrixförmig (Matrix oder Zeilenanordnungen in- der fläche) angeordnet und erfaßt den Abtaststrahlengang beeinflussende Strukturen und Kanten, sowie ihre Bewegung in jeder Elächenkoordinate. Damit braucht das auszuwertende Meßobjekt lediglich in den vom ..CCD-Array erfaßten Auswertebereich des Meßs'trahlenganges, ohne jedoch sine be stimmte koordinatenmäß.ige'Position:zu diesem einnehmen zu müssen, gebracht zu werden, was den bedienungstechnischen Auf -wand reduziert.

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Das CCD-Array ist in dieser Meßeinrichtung in der Lage, ' sowohl sehr geringe als auch .relativ hohe Strahlungsfluß— änderungen des. Meßstrahlenganges zu erfassen und als: ..-..-elektrische-Signals der: Yer arbeitung weiter zuleiten« '-. \ , Darüberhinaus sind die Strahlungsflußänderungen _:auch bei sehr geringen Strahlungsflußwerten des Meßstrahlenganges erfaßbar, so daß die Meßanwendungen der Einrichtung auch für das Interferenzlinienverfahren ermöglicht wird, bei dem im Strahlengang, diesen relativ stark schwächend, eine entsprechende Spaltblende angeordnet ist.

' Ausfuhrungsbeispiel: .

Bin Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellt und beschrieben: ·

Fig. 1: Schematisch vereinfachte Darstellung der Meßeinrichtung mit fotoelektrischer ^Auswar te einheit«.

51g» 2: Blockschaltbild der Signalverarbeitungsmittel der erfindungsgenäßeη Auswerteeinheit.

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Die in Pigar. 1 schematisch dargestellte Meßeinrichtung besteht aus einer Beleuchtungseinrichtung 1, einem universell' einsetzbaren Zweikoordinatenmeßgerät mit Eoordinatentisch 2, damit verbundenen hochauflösenden .-Meßsystem 3 mit Positionsanzeigen 4, Tischantrieben 5» Wechsel-' objektiven 6, einer fotoelektrischen Auster te einheit 7 und einem Ok al-ar 8. Durch einen Strahlenteiler 9 wird ein größerer Teil des Strahlenganges in einen Meß- " strahlengang 10 und ein kleinerer 'Teil in einen Beobachtungsstrahlengang 11, geteilt. · '' '" Die Orientierungsmarke auf einer Glasplatte 12 liegt in'. ' der Zwischenbildebene, des Objektivs 6 der möglichen Yer- .. größerungen x1; x1,5;.x3; x5; χΊΟ und erleichtert ein aufsuchen der Struktur im Erfassungsbereich.

Beim Auflichtverfahren wird mittels eines halbdurchlässigen Spiegels 13 der Strahlengang der Beleuchtungseinrichtung 1 eingeleitet.

Im Durchlichtverfahren erfolgt dieses über eine kontinu-' ierlich veränderbare tele zentrische Aperturblende 15· Sollen Interferrenzen erzeugt werden, wird anstelle dar Aperturblende 15 eine Spaltblende eingeschwenkt« Die fotoelektrisch^ Auswerteeinheit 7>'in einem Gehäuse mit dem Strahlenteiler 9, dar Glasplatte 12, dem Kantenfilter 16 mit zentraler Lichtdurchtrittscffnung,. einer Abbildungsoptik 17j einem weiteren Strahlenteiler 18, zwei CCD-Zeilen 19 und einer Signalverarbeitungseinheit 20, ist als auswechselbare Baueinheit (Einschub) ausgebildet. Das Objektiv 6 entwirft von der beleuchteten Struktur;14- im Meßstrahlengang 10 in der Ebene des Kantenfilters 16.ein Zwischenbild, welches durch die ggf· Vergrößernde Abbildungsoptik 17 und den Strahlenfilter 18, zu gleichen Teilen des Meßstrahlenganges 10, in eine ze- und eine y-Koordinate aufgeteilt, auf ,jeweils eine CCD-Zeile 19 fokussiert wird· ' - · Die in Pigur 2 dargestellt elektronische Auswerteanordnungverarbeitet die durch die Ansteuereinheit 21 ausgelesenen Meßwerte der CCD-Zeilen in der schnellen Signalverarbeitung se inhe it 20 und transferiert die Daten, nach einer

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parallelen A/D-Wandlung, mittels DMA-Betrieb einem Digitalrechner 22 zur Speicherung und Bildverarbeitung. Da die CCD-Zeilen 19 als-MaßVerkörperung genutzt werden-, ist .jede Position im Erfassungsbereich ermittel- und über einen Ausgang A ausgebbar. Durch den Digitalrechner 22 werden die Werte der 'Positionsanzeige!). 4 der Me3s;/sterne 3 über einen Eingang .3 abgefragt und gespeichert und ein zurückgelegter Weg der Struktur14 wird aus der relativen Lage der Bildelemente ermittelt. . : . Sine Auswertung der^:Koordinaten der Struktur 14 läßt sich in der Ruhelage oder bei Bewegung des Koordinatentisches 2 de s Zweikoordinatenmeßgerätes mit konstanter Ge schwindigkeit, mittels-handbedienten ^eintrieb oder vom Digitalrechner 22 automatisch über den motorischen Tischantrieb 5 gesteuert, vornehmen (in der Zeichnung nicht näher darge- stell). ·'..'.'

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Claims (3)

250444 2 Erf incLuna sans'oruch

1. SOtoelektrische Meßeinrichtung, insbesondere zur mikroskopischen KoordinatenbeStimmung ruhender oder bewegter, vorzugsweise flächenhafter Strukturen und mit einem Objektiv und einem Strahlenteiler zur Teilung des-Strahlenganges in einen Meß- und einen Beobachtungsstrahlengang, wobei im Meßstrahlengang eine Abbildungsoptik und eine fotoelektrische Auswerteeinheit und im' Beobachtungsstrahlengang-vorzugsweise eine Orientie- . rungsmarke sowie ein Okular angeordnet sind, gekennzeichnet dadurch, daß die fotoelektrische Auswsrteeinheit aus einem CCD-Array besteht, das über, an sich bekannte schnelle Ansteuer- und Signalverarbeitungsmittel mit einem Digitalrechner über DMA-Betrieb in "Verbindung steht.

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2. Fotoelektrische Meßeinrichtung gemäß .Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das CCD-Array aus CCD-Zeilen bzw.-GCD-Matrix-Anordnungen besteht. .

3· Fotoelektrische Meßeinrichtung gemäß Funkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß im Meß strahlengang-, zwischen der Abbildungsoptik und den .CCD-Zeilenanordnungen, ein ' weiterer Strahlenteiler zur Eoordinatentrennung des auf den CCD-Zeilen-Anordnungen entstehenden Zwischenbildes angeordnet ist·. ^:

A-. Fotoelektrische Meßeinrichtung gemäß Punkt 1, gekenn-zeichnet dadurch, daß die fotoelektrische Auswerteeinheit gemeinsam mit dem Strahlenteiler als eine aus- 'wechselbare Baueinheit ausgebildet ist·

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