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Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsanlage für plattenförmige Objekte, insbesondere eine Belichtungsanlage für plattenförmige Objekte, mit einer Belichtungseinrichtung und mit einem eine Objektträgerfläche zur Aufnahme des Objekts aufweisenden Objektträger, wobei die Belichtungseinrichtung und der Objektträger zum Belichten des Objekts relativ zueinander bewegbar sind.
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Derartige Bearbeitungsanlagen sind bekannt.
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Eine derartige Bearbeitungsanlage könnte beispielsweise zur Laserbearbeitung von plattenförmigen Objekten eingesetzt werden.
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Es ist aber auch denkbar, eine derartige Bearbeitungsanlage als Belichtungsanlage für plattenförmige Objekte, insbesondere für plattenförmige Objekte mit einer fotosensitiven Beschichtung einzusetzen, wobei Strukturen in der fotosensitiven Beschichtung durch Lithografie erzeugbar sind.
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Aus der
US 7,363,856 B1 und der
DE 10 2006 008 075 A1 sind Belichtungsanlagen für plattenförmige Objekte bekannt, bei denen der Objektträger für die plattenförmigen Objekte gegen eine Belichtungseinrichtung verschiebbar sind.
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Aus der
US 5,739,913 A ist eine Kantenerfassungseinrichtung für plattenförmige rechteckige Objekte in einer Lithografiebelichtungsanlage bekannt, wobei die Kanten des Objekts durch eine Lichtquelle und einen Bildsensor erfasst werden, die oberhalb des plattenförmigen Objekts angeordnet sind.
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Die
US 6,489,626 B2 offenbart eine Orientierungserfassungseinrichtung für runde Wafer, wobei zur Bestimmung einer Waferorientierung der Waferkante mit einer Aussparung ein Waferkantenabschnitt mit einer über der Oberseite des Wafers angeordneten Lichtquelle beleuchtet wird und ein Bild des Waferkantenabschnitts mit einem unterhalb des Wafers angeordneten Bildsensor bei sich drehendem Wafer erfasst wird.
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Bei den eingangs genannten Bearbeitungsanlagen besteht das Problem, dass dann, wenn die plattenförmigen Objekte auf dem Objektträger aufgelegt werden oder beidseitig bearbeitet, insbesondere belichtet, werden sollen, das Objekt auf dem Objektträger jeweils definiert zu positionieren ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bearbeitungsanlage der gattungsgemäßen Art derart zu verbessern, dass die Position des plattenförmigen Objekts relativ zu dem Objektträger exakt bestimmt werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einer Bearbeitungsanlage der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum Erfassen der Lage des Objekts auf dem Objektträger eine Kantenerfassungseinrichtung vorgesehen ist, welche mindestens ein in dem Objektträger unter der Objektträgerfläche angeordnete Kantenbeleuchtungseinheit umfasst, dass die Kantenbeleuchtungseinheit in mindestens einem Teil eines Objektkantenbereichs einen Beleuchtungsbereich aufweist, innerhalb von welchem ein Anleuchten einer in dem jeweiligen Objektkantenbereich liegenden Objektkante von Seiten des Objektträgers mit flächenhaft abgestrahltem Licht erfolgt, und dass im Abstand von der Objektträgerfläche auf einer dem Objektträger gegenüberliegenden Seite des Objekts mindestens eine Kantenbilderfassungseinheit vorgesehen ist, welche einen in dem Beleuchtungsbereich liegenden Kantenabschnitt einer der Objektkanten auf eine Bildfläche als Kantenbild abbildet, und dass mit der mindestens einen Kantenbilderfassungseinheit das jeweilige Kantenbild positionsgenau relativ zum Objektträger erfassbar ist.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass mit dieser in einfacher Weise die Möglichkeit besteht, die Lage der Objektkanten auf dem Objektträger exakt zu erfassen und somit die auf dem Objekt erzeugten Strukturen relativ zu den Objektkanten exakt auszurichten.
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Dies ist beispielsweise vorteilhaft, im Fall komplexer Strukturen, wobei die Struktur auf einer Oberfläche des Objekts zur Struktur auf der anderen Oberfläche des Objekts passen muss, um beispielsweise die Strukturen miteinander verknüpfen zu können.
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Die Präzision der Erfassung der Objektkanten lässt sich insbesondere dadurch verbessern, dass die Optik der mindestens einen Kantenbilderfassungseinheit als telezentrisches Objektiv ausgebildet ist.
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Ein derartiges telezentrisches Objektiv hat den Vorteil, dass dieses auf die Bildfläche lediglich Strahlen abbildet, die parallel zur optischen Achse eines derartigen Objektivs verlaufen, so dass dadurch ein exaktes Schattenbild der jeweiligen Objektkante auf die Bildfläche abgebildet werden kann.
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Um durch schräg verlaufende Kantenflächen fehlerhafte Kantenbilder zu vermeiden, ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine optische Achse des telezentrischen Objektivs maximal um 5° von einer Senkrechten zur Objektträgerfläche abweicht.
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Damit wird das Kantenbild auf der Bildfläche durch Strahlen abgebildet, die alle in im Wesentlichen in senkrechter Richtung zur Objektträgerfläche verlaufen, so dass auch eine schräge Kantenfläche einer Objektkante stets das gleiche Schattenbild liefert.
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Die Bildfläche der Kantenbilderfassungseinheit könnte beispielsweise eine Bildfläche sein, in welcher eine Bedienungsperson der Bearbeitungsanlage unmittelbar mit dem Auge oder einer Optik die Lage der Objektkante in dem Kantenbild erkennen kann.
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Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, dass die Bildfläche die Bildfläche eines Bildsensors ist, durch den sich das Kantenbild erfassen lässt.
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Ein derartiger Sensor könnte jede Art von optischem Sensor sein.
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Um eine exakte Bestimmung der Lage der Objektkante vornehmen zu können, ist es günstig, wenn der Bildsensor ein Kamerabildsensor ist, so dass mit der Auflösung des Kamerabildsensors die Lage der Objektkante auf diesem erfasst werden kann.
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Grundsätzlich könnte die Kantenbilderfassungseinheit so ausgebildet sein, dass sie den zugeordneten Beleuchtungsbereich vollständig erfasst.
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Eine derartige Ausbildung des Kantenerfassungsbereichs hätte allerdings eine entsprechend aufwändige Optik zur Folge.
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Um die Kantenbilderfassungseinheit mit möglichst einfachen Mitteln aufbauen zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Optik der mindestens einen Kantenbilderfassungseinheit einen Erfassungsbereich aufweist, welcher eine kleinere Flächenausdehnung aufweist als der jeweilige Beleuchtungsbereich.
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Damit besteht die Möglichkeit, eine kostengünstige Optik zu verwenden.
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Grundsätzlich kann dann, wenn die Lage der jeweiligen Objektkante näherungsweise bestimmt ist und die Unschärfe der Positionierung der jeweiligen Objektkante innerhalb des Erfassungsbereichs liegt, die Kantenbilderfassungseinheit relativ zum Beleuchtungsbereich feststehend positioniert werden.
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Um jedoch auch mit großen Unterschieden hinsichtlich der Lage der Objektkanten arbeiten zu können, so lange diese im jeweiligen Beleuchtungsbereich liegen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Erfassungsbereich und die Beleuchtungsbereiche relativ zueinander bewegbar sind. Damit besteht die Möglichkeit, in einfacher Weise durch Relativbewegung von Erfassungsbereich und Beleuchtungsbereich mit dem Erfassungsbereich den ganzen Beleuchtungsbereich, allerdings sukzessive, zu erfassen.
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Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass der Erfassungsbereich mindestens soweit bewegbar ist, bis die Objektkante in dem Erfassungsbereich liegt.
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Eine besonders günstige Lösung sieht dabei vor, dass der Erfassungsbereich in Richtung quer zu der jeweiligen zu erfassenden Objektkante bewegbar ist.
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Alternativ dazu sieht eine günstige Lösung vor, dass der Erfassungsbereich in Richtung der jeweiligen zu erfassenden Objektkante bewegbar ist.
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Eine Bewegung des Erfassungsbereichs könnte grundsätzlich durch optische Umlenkelemente erfolgen, diese hätten jedoch wiederum den Nachteil, dass damit Unschärfen im Bereich der Erfassung der Objektkanten auftreten würden.
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Aus diesem Grund sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die mindestens eine Kantenbilderfassungseinheit und der Objektträger in mindestens einer Richtung relativ zueinander bewegbar sind.
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Um außerdem auch noch die Möglichkeit zu eröffnen, mit einer Kantenbilderfassungseinheit Objektkanten in mehreren Beleuchtungsbereichen zu erfassen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die mindestens eine Kantenbilderfassungseinheit und der Objektträger in zwei quer zueinander verlaufenden Richtungen quer zueinander bewegbar sind.
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Hinsichtlich der vorgesehenen Beleuchtungsbereiche wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele keine näheren Angaben gemacht.
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So wäre bei einer Lösung denkbar, einen sehr großen Beleuchtungsbereich vorzusehen, in welchem mehrere Objektkanten erfassbar sind.
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Um die Erfassung der Objektkanten möglichst einfach zu gestalten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Objektträger für jede Objektkante einen Beleuchtungsbereich zum Anleuchten dieser Objektkante aufweist.
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Damit ist vorzugsweise für jede Objektkante ein eigens für diese geschaffener Beleuchtungsbereich vorgesehen.
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Die Zahl der Beleuchtungsbereiche kann dabei im Hinblick auf die Zahl der zu erfassenden Objektkanten variieren.
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Für die Ermittlung der Lage des Objekts relativ zum Objektträger könnte es ausreichend sein, zwei Objektkanten zu erfassen, und insbesondere den Verlauf der beiden Objektkanten relativ zu dem Objektträger zu erfassen.
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Im Fall einer möglichst präzisen Erfassung der Lage des Objekts relativ zum Objektträger ist jedoch vorteilhafterweise vorgesehen, dass bei der erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage drei Objektkanten des Objekts erfasst werden.
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Insbesondere wenn drei Objektkanten erfasst werden, würde es theoretisch ausreichen, im Bereich jeder Objektkante einen Punkt zu erfassen.
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Die Genauigkeit der erfindungsgemäßen Kantenerfassungseinrichtung lässt sich jedoch noch erheblich steigern, wenn die mindestens eine Kantenbilderfassungseinheit mit dem jeweiligen Kantenbild einen Kantenabschnitt des Objekts erfasst.
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Das heißt, dass das jeweilige Kantenbild nicht lediglich einen Punkt der Objektkante erfasst und festhält, sondern einen gesamten Kantenabschnitt, das heißt eine Vielzahl von Punkten längs einer Objektkante.
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Insbesondere ist es dabei günstig, wenn die mindestens eine Kantenbilderfassungseinheit mit dem jeweiligen Kantenbild einen Verlauf eines Kantenabschnitts des Objekts erfasst.
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Das heißt, dass sämtliche, längs des Kantenabschnitts liegenden Bildpunkte erfasst werden können, so dass die Möglichkeit besteht, diesen Kantenabschnitt aufgrund seines speziellen Verlaufs, das heißt beispielsweise aufgrund seines nicht geradlinigen Verlaufes, nachfolgend erneut zu erkennen und somit zur exakten Positionierung oder zur exakten Vermessung der Position des Objekts relativ zum Objektträger heranzuziehen.
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Ein derartiger Verlauf eines Kantenabschnitts ergibt somit nicht nur eine Information der Lage des Kantenabschnitts in einer Raumrichtung, sondern in zwei Raumrichtungen, das heißt in einer Ebene.
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Insbesondere dann, wenn die Verläufe mehrerer Kantenabschnitte mehrerer Objektkanten erfasst werden, besteht somit die Möglichkeit, die Präzision der Erfassung der Lage des Objekts relativ zum Objektträger erheblich zu verbessern, da mit jedem Verlauf eines Kantenabschnitts eine zweidimensionale Erfassung des Verlaufs des Kantenabschnitts möglich ist.
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Eine besonders günstige Lösung sieht vor, dass der gespeicherte Verlauf des Kantenabschnitts zur Wiedererkennung dieses Kantenabschnitts nach einer Neuauflage des Objekts und zur präzisen Lageerfassung des Objekts herangezogen wird.
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Eine derartige Lösung hat den großen Vorteil, dass dann, wenn dasselbe Objekt erneut auf den Objektträger aufgelegt wird, sei es nach einem Wenden des Objekts oder nach einer zwischenzeitlichen Herausnahme und erneuten Einlegen desselben in der gleichen Orientierung, durch die Wiedererkennung des Kantenabschnitts die Position dieses Objekts relativ zum Objektträger noch exakter erfasst werden kann, so dass insbesondere bei einer erneuten Auflage dieselben Objekte auf dem Objektträger durch diese Wiedererkennung der Kantenabschnitte die relative Positionsgenauigkeit aufgrund des bei mehreren Kantenabschnitten erfassbaren zweidimensionalen Verlaufs derselben und somit überbestimmter Positionsinformation für das Objekt noch weiter verbessert werden kann.
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Hinsichtlich der Ausbildung der Beleuchtungseinheit wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
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Grundsätzlich reicht mindestens eine Lichtquelle aus, die flächenhaft Licht abstrahlt.
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Vorzugsweise hat das abgestrahlte Licht eine Wellenlänge, die im roten oder nahen infraroten Spektralbereich liegt, um keine fotochemischen Prozesse in der fotosensitiven Schicht auszulösen.
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Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Beleuchtungseinheit zur Ausleuchtung des jeweiligen Beleuchtungsbereichs einen Diffusor und mindestens eine diesen anleuchtende Lichtquelle aufweist.
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Ein derartiger, von Lichtquellen angeleuchteter Diffusor hat den großen Vorteil, dass dadurch eine sehr gleichmäßige Intensität und insbesondere eine diffuse Abstrahlung zur Verfügung steht, die die Erkennung der Objektkante oder des Kantenabschnitts in dem Kantenbild, insbesondere auf automatische Art und Weise, erleichtert, da unabhängig von der Lage der Objektkante in dem Beleuchtungsbereich der Gradient zwischen dem nicht von dem Objekt abgedeckten Teil des Erfassungsbereichs und dem abgedeckten Teil des Erfassungsbereichs im Wesentlichen stets derselbe ist und insbesondere auch aufgrund der diffusen Abstrahlung die von der Kantenbilderfassungseinheit erfasste Strahlung im Wesentlichen dieselbe Intensität unabhängig vom Ort des Beleuchtungsbereichs hat.
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Eine besonders einfache Art und Weise der Integration der Beleuchtungseinheit in den Objektträger sieht vor, dass die Lichtquellen und der Diffusor in dem Objektträger integriert sind.
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Hinsichtlich der Ausbildung des Objektträgers wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
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So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass der Objektträger eine Objektträgerfläche bildende Objektträgerplatte aufweist und dass das Licht aus der Beleuchtungseinheit durch die Objektträgerplatte hindurchtritt.
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Damit besteht die Möglichkeit, für das Auflegen des Objekts eine durchgehende Objektträgerfläche zur Verfügung zu stellen, die durch die Beleuchtungseinheit nicht beeinflusst ist, so dass durch die Beleuchtungseinheit selbst keinerlei Ungenauigkeiten im Hinblick auf die Positionierung des Objekts auf der Objektträgerfläche auftreten.
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Dabei könnte unter der Objektträgerplatte der Diffusor angeordnet sein.
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Besonders günstig ist es jedoch, wenn die Objektträgerplatte als optischer Diffusor wirkt, das heißt zusätzlich zur Aufnahme des Objekts auch noch den optischen Diffusor darstellt.
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Besonders günstig ist es hierbei, wenn die den Diffusor beleuchtenden Lichtquellen in einem die Objektträgerplatte tragenden Grundkörper angeordnet sind, insbesondere in diesem Grundkörper integriert sind, so dass damit keinerlei zusätzliche Anbauten an dem Objektträger erforderlich sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage;
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2 eine perspektivische Darstellung eines in einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage zu bearbeitende Objekts;
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3 eine Draufsicht auf eine Objektträgerfläche eines Objektträgers einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage;
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4 eine schematische Schnittansicht einer Objektkante mit einer erfindungsgemäßen Beleuchtungseinheit und einer erfindungsgemäßen Kantenbilderfassungseinheit bei einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage;
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5 eine Darstellung ähnlich 4 einer Kantenerfassung der gegenüberliegenden Objektkante;
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6 eine schematische Darstellung einer Optik einer erfindungsgemäßen Kantenbilderfassungseinheit;
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7 eine schematische Darstellung eines Kantenbildes bei der Kantenbilderfassung gemäß 4;
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8 eine schematische Darstellung des Kantenbildes bei der Kantenbilderfassung gemäß 5;
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9 eine schematische Darstellung der Kantenbilderfassung gemäß 5 allerdings bei um 180° gewendetem Objekt;
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10 eine schematische Darstellung des Kantenbildes bei der Kantenbilderfassung gemäß 9;
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11 einen Schnitt durch den Objektträger bei einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel und
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12 eine schematische Darstellung einer Optik einer erfindungsgemäßen Kantenbilderfassungseinheit ähnlich 6 bei einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
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Ein in 1 dargestelltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Belichtungsanlage umfasst ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Maschinengestell, welches zwei im Abstand voneinander angeordnete Längsführungen 12, 14 aufweist, an welchen ein als Ganzes mit 20 bezeichneter Objektträger in einer ersten Richtung, beispielsweise als X-Richtung bezeichnet, bewegbar geführt ist.
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Der Objektträger 20 weist eine Objektträgerfläche 22 auf, auf welcher Objekte 30 auflegbar sind, die beispielsweise, wie in 2 dargestellt, ein Substrat 32 umfassen, das beiderseits mit fotosensitiven Schichten 341 und 342 beschichtet ist, wobei in den fotosensitiven Schichten 341 und 342 Strukturen 36 durch fotochemische Umwandlung der jeweiligen fotosensitiven Schicht 34 erzeugbar sind.
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Diese Strukturen 36 sind beispielsweise eine Kupferschicht 381 und 382 auf dem Substrat 32 abdeckende Strukturen, so dass dann beispielsweise nachfolgend im Rahmen eines Ätzvorgangs die Kupferschicht 381 und 382 auf dem Substrat 32 an den Stellen, an denen sie nicht durch die Strukturen 36 abgedeckt ist, abgetragen werden kann, während die Kupferschicht dann lediglich in den Bereichen, in denen sie durch die Strukturen 36 abgedeckt ist, bestehen bleibt.
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Das Herstellen der Strukturen 36 in der fotosensitiven Schicht 34 erfolgt durch eine in 1 als Ganzes mit 40 bezeichnete Belichtungseinrichtung, die an einer Brücke 42 angeordnet ist, welche ihrerseits auf dem Maschinengestell 10 sitzt, wobei eine Relativbewegung zwischen der Belichtungseinrichtung 40 und dem Objekt 30 dadurch erfolgt, dass mindestens der Objektträger 20 in der X-Richtung relativ zur Belichtungseinrichtung 40 bewegbar ist, so dass die X-Richtung eine Vorschubrichtung 44 bei der Belichtung des Objekts 30 darstellt und gegebenenfalls noch die Belichtungseinrichtung 40 in einer Y-Richtung bewegbar an der Brücke 42 gehalten ist.
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Eine derartige Belichtungseinrichtung ist beispielsweise in der
WO 2008/071347 A2 beschrieben, auf welche hinsichtlich deren Beschreibung vollinhaltlich Bezug genommen wird.
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Umfasst das Objekt 30, wie in 2 dargestellt, ein doppelseitig mit einer fotosensitiven Schicht 34 beschichtetes Substrat 32, so ist es erforderlich, das Objekt 30 nach Belichtung einer der fotosensitiven Schichten, beispielsweise Belichtung der fotosensitiven Schicht 341, zu wenden, um die gegenüberliegende fotosensitive Schicht, beispielsweise die fotosensitive Schicht 342, zu belichten.
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In diesem Fall ist es jedoch erforderlich, sicherzustellen, dass die Strukturen 361 der fotosensitiven Schicht 341 und die in der fotosensitiven Schicht 342 belichteten Strukturen 36 exakt zusammenpassen, um einen Versatz zu vermeiden.
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Daher ist es erforderlich, die Lage des Substrats 30 auf dem Objektträger 20 exakt zu erfassen, um die Strukturen 36 in exakter Ausrichtung zu Objektkanten 52, 54 bzw. 56, 58 des Objekts 30 zu positionieren.
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Üblicherweise verlaufen die Objektkanten 52, 54 bzw. 56, 58 parallel zueinander, es können jedoch aber auch Abweichungen von einer Achsenparallelität auftreten und es kann eine Abweichung von einem exakt geradlinigen Verlauf der Objektkanten 52, 54 bzw. 56, 58 auftreten.
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Um die Objektkanten 52, 54, 56, 58 auf dem Objektträger 20 erfassen zu können, sind, wie in 3 dargestellt, auf dem Objektträger 20 Objektkantenbereiche 62, 64, 66 definiert, innerhalb welchen bei üblichen Größen der Objekte 30 die Objektkanten 52, 54 und 56 derselben liegen und es ist eine Kantenerfassungseinrichtung 60 vorgesehen.
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Dabei ist der Objektkantenbereich 66 so gewählt, dass in diesem stets dieselbe quer zur Vorschubrichtung 44 verlaufende Objektkante 56 liegt, unabhängig davon, ob die fotosensitive Schicht 341 oder 342 belichtet werden soll.
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Das heißt, dass der Objektkantenbereich 66 die quer zur Vorschubrichtung 44 verlaufende Objektkante 56 des Objekts 30 in beiden Lagen erfasst.
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Die Objektkantenbereiche 62 und 64 sind so gewählt, dass in diesen die parallel oder schräg zur Vorschubrichtung 44 verlaufenden Objektkanten 52 bzw. 54 liegen, wobei in der einen Stellung die Objektkante 52 im Objektkantenbereich 62 und die Objektkante 54 im Objektkantenbereich 64 liegt und in der dazu um 180° gewendeten Stellung die Objektkante 54 im Objektkantenbereich 62 und die Objektkante 52 im Objektkantenbereich 64 liegt.
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Die Erfassung der Objektkanten 56 bzw. 52 und 54 in den Objektkantenbereichen 66 bzw. 62 und 64 erfolgt optisch und zwar einerseits durch im Objektträger 20 vorgesehene Beleuchtungsbereiche 76, 72 und 74, die sich zumindest über einen Teil der jeweiligen Objektkantenbereiche erstrecken.
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Beispielsweise liegt der Beleuchtungsbereich 76 symmetrisch zu einer parallel zur Vorschubrichtung 44 verlaufenden Mittelachse 78 des Objektträgers 20 und schneidet diese, während die Beleuchtungsbereiche 72 und 74 sich ebenfalls quer zur Mittelachse 78 erstrecken, jedoch im Abstand von dieser verlaufen und außerdem in Richtung der Mittelachse 78 im Abstand von dem Beleuchtungsbereich 76 angeordnet sind.
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Der Abstand der Beleuchtungsbereiche 72 und 74 vom Beleuchtungsbereich 76 hängt dabei von der minimalen Ausdehnung der möglichen Objekte 30 in Richtung der Mittelachse 76 ab und ist vorzugsweise geringfügig kürzer als die minimale Ausdehnung der möglichen Objekte 30 in Richtung der Mittelachse 78 ausgehend von dem Objektkantenbereich 66.
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Durch das auf dem Objektträger 20 liegende Objekt 30, welches in 3 gepunktet dargestellt ist, werden die Beleuchtungsbereiche 76, 72 und 74 teilweise abgedeckt, so dass jeweils das Objekt 30 mit seiner Objektkante 56 den Beleuchtungsbereich 76 und mit seinen Objektkanten 52 und 54 die Beleuchtungsbereiche 72 und 74 schneidet und folglich die Objektkante 56 durch den Beleuchtungsbereich 76 hinterleuchtet wird und die Objektkanten 52 und 54 durch die Beleuchtungsbereiche 72 und 74 hinterleuchtet werden, so dass die Möglichkeit besteht, von den in den Beleuchtungsbereichen 76, 72 und 74 liegenden Objektkanten 56 bzw. 52 und 54 ein Kantenbild von jeweiligen Kantenabschnitte 86 bzw. 82 und 84 aufzunehmen, die innerhalb der Beleuchtungsbereiche 76 bzw. 72 und 74 liegen.
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Die Aufnahme von Kantenbildern erfolgt, wie in 4 und 5 exemplarisch anhand der Kantenabschnitte 82 und 84 dargestellt, durch in 4 und 5 dargestellte Kantenbilderfassungseinheiten 92 und 94, die, wie in 1 dargestellt, beispielsweise an einer Brücke 96, die auf dem Maschinengestell 10 sitzen und in einer quer zur X-Richtung, vorzugsweise senkrecht zu dieser verlaufenden Richtung Y verfahrbar gehalten sind, wobei die Positionen der Kantenbilderfassungseinheiten 92 und 94 relativ zur Brücke 96 jeweils durch Wegmesssysteme 102 und 104 erfassbar sind.
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Wie in 6 dargestellt, umfasst jede der Kantenbilderfassungseinheiten 92, 94 eine Optik 110 mit einem telezentrischen Objektiv 111, welches durch eine Aperturblende 112 erzwingt, dass lediglich zu einer optischen Achse 114 parallele Strahlen von einem in dem dem jeweiligen Beleuchtungsbereich, beispielsweise dem Beleuchtungsbereich 72, liegenden Erfassungsbereich 108 auf eine Bildfläche 116 eines Bildsensors 118 abgebildet werden.
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Der Bildsensor 118 ist dabei beispielsweise als Sensortyp ausgebildet, wie er in Kameras Verwendung findet.
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Auf der Bildfläche 116 erscheint somit, wie in 7 dargestellt, das Kantenbild 120, welches im in 6 dargestellten Fall den Kantenabschnitt 82 zeigt, und zwar nicht nur die Lage desselben, sondern auch dessen Verlauf.
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In gleicher Weise ist das in 8 dargestellte Kantenbild 120 des Kantenabschnitts 84 mit der Kantenbilderfassungseinheit 94 erzeugbar.
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Die optische Achse 14 und somit die Strahlung, die von der als telezentrisches Objektiv arbeitenden Optik 110 auf die Bildfläche 116 abgebildet werden, verläuft senkrecht zu der Objektträgerfläche 22, so dass schräg zur Objektträgerfläche 22 verlaufende Kantenflächen 122 bzw. 124 keine Verfälschung ergeben, denn bei einem Wenden des Objekts 30 um 180° ergibt, wie ein Vergleich der 5 und 9 zeigt, der Kantenabschnitt 84 mit der Kantenfläche 124 dasselbe Kantenbild 120, allerdings um 180° gedreht, ohne dass die jeweils schräg zur Objektträgerfläche 22 verlaufende Kantenfläche 124 das erhältliche Kantenbild, das dabei allerdings um 180° gedreht ist, beeinflusst, wie in 10 dargestellt.
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Bei der erfindungsgemäßen Lösung wird zur Auswertung und Bestimmung der Lage des Objekts 30 auf dem Objektträger 20 die Lage nicht einzelner Punkte des jeweiligen Kantenabschnitts 82 oder 84 sondern die Lage des gesamten Kantenbilds des Kantenabschnitts 82 oder 84 in der Y-Richtung bestimmt und durch die Bestimmung der Lage des Kantenabschnitts 82 oder 84 vor dem Wenden des Objekts 30 und nach dem Wenden des Objekts 30 lässt sich die Lage des Objekts 30 vor dem Wenden und nach dem Wenden auf dem Objektträger 20 in Y-Richtung exakt bestimmen.
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Um möglichst exakte Messungen der Lagen der Kantenabschnitte 82 und 84 in der Y-Richtung relativ zum Objektträger 20 vornehmen zu können, ist der Objektträger 20, noch mit einer Referenzmarkierung 130 versehen, die durch jede der Kantenbilderfassungseinheiten 92 und 94 anfahrbar ist und deren ebenfalls hinterleuchtete Kanten in gleicher Weise wir im Zusammenhang mit den Kantenabschnitten 82 und 84 beschrieben, durch die Kantenbilderfassungseinheiten 92 und 94 erfassbar sind.
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In gleicher Weise ist auch die Lage des Kantenabschnitts 86 erfassbar, wobei hierzu eine der Kantenbilderfassungseinheiten 92 und 94 oder beide Kantenbilderfassungseinheiten 92 und 94 durch Verfahren in Y-Richtung über dem Beleuchtungsbereich 76 positioniert werden, um entweder die Lage des gesamten Kantenabschnitt 86 oder Teile des Kantenabschnitts 86 in X-Richtung zu erfassen und Kantenbilder 120 hierzu zu erstellen.
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Die Auswertung der Lage der Kantenabschnitte 82, 84 und 86 erfolgt vorzugsweise durch in eine Steuerung 140 für die Belichtungseinrichtung 40, welche in der Lage ist, die Lage und den verlauf des jeweiligen Kantenabschnitts 82, 84, 86 in den jeweiligen Richtungen X und Y aus den Kantenbildern 120 zu bestimmen, und aufgrund dieser Lagebestimmung dann die Belichtung der einen 342 der fotosensitiven Schichten relativ zur anderen 341 der fotosensitiven Schichten exakt angepasst zu steuern, so dass dann auch die in beiden fotosensitiven Schichten 341, 342 zu erzeugenden Strukturen relativ zueinander exakt positioniert sind.
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Um in den jeweiligen Beleuchtungsbereichen 76, 72, 74 eine möglichst gleichmäßige Helligkeit zu erhalten, sind, wie in 4 und 5 exemplarisch dargestellt, Kantenbeleuchtungseinheiten 150 vorgesehen, welche einzelne in einer oder mehreren Reihen nebeneinander angeordnete Lichtquellen 152 aufweisen und außerdem ist zwischen den einzelnen Lichtquellen 152 ein Diffusor 154 vorgesehen, welcher das Licht der Reihen von Lichtquellen 152 so streut, dass auf einer dem jeweiligen Beleuchtungsbereich, beispielsweise dem Beleuchtungsbereich 72, zugewandten Seite des Diffusors 154 ein diffuses und somit hinsichtlich seiner Helligkeit weitgehend gleichmäßiges Licht vorliegt, wobei eine Abstrahlung des Lichts in jedem Punkt des jeweiligen Beleuchtungsbereichs 72 in alle Richtungen erfolgt, wovon lediglich die senkrecht zur Objektträgerfläche 22 gerichteten Strahlrichtungen ausgewählt werden, um das jeweilige Kantenbild 120 zu erzeugen.
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Vorzugsweise sind dabei die Lichtquellen 152 aus Halbleiterdioden gebildet, die in einer oder mehrere Reihen versetzt zueinander angeordnet sind, um bereits den Diffusor 154 möglichst gleichmäßig anzuleuchten, wie in 4, 5 oder 9 dargestellt.
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Die Lichtquellen strahlen beispielsweise bei einer Wellenlänge im roten oder nahen infraroten Spektralbereich, um eine Belichtung der fotosensitiven Schichten 34 zu vermeiden, die in diesen zu einer fotochemischen Umwandlung führt.
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Die erfindungsgemäße Kantenerfassungseinrichtung 60 umfasst somit eine oder mehrere Kantenbeleuchtungseinheiten 150, die vorzugsweise im Objektträger 20 integriert sind sowie die Kantenbilderfassungseinheiten 90 und 92, die am Maschinengestell 10 gehalten sind.
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Zur Erzeugung der Kantenbilder 120 sind jedoch die Kantenbilderfassungseinheiten 92 und 94 sowie die Kantenbeleuchtungseinheiten 150 relativ zueinander bewegbar, um die jeweiligen Kantenbilder der Objektkanten 52, 54, 56, 58 erfassen und auswerten zu können.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Kantenbilderfassungseinheiten 92 und 94 in der Y-Richtung an der Brücke 96 relativ zum Maschinengestell bewegbar geführt, während die Kantenbeleuchtungseinheiten 150 mit dem Objektträger 20 in der Y-Richtung relativ zum Maschinengestell bewegbar sind.
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Es ist jedoch aber generell möglich, auch in anderer Weise eine Relativbewegung der Kantenbilderfassungseinheiten 94 und der Kantenbeleuchtungseinheiten 150 zueinander zu erhalten, indem entweder die Kantenbilderfassungseinheiten 92, 94 oder die Kantenbeleuchtungseinheiten 150 in zwei quer zueinander verlaufenden Richtungen bewegbar sind.
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Die Bewegung der Kantenbilderfassungseinheiten 92 und 94 und der Kantenbeleuchtungseinheiten 150 relativ zueinander erfolgten dabei gesteuert über die Steuerung 140, der die Lage der Kantenbeleuchtungseinheiten 150 im Objektträger 20 vorgegeben ist, so dass die Steuerung 140 in der Lage ist, die jeweiligen Kantenbeleuchtungseinheiten 150, die den Beleuchtungsbereichen 76, 72 und 74 zugeordnet sind, so zu positionieren, dass diese durch die Kantenbilderfassungseinheiten 92, 94 erfassbar sind, wobei eine Abbildung des jeweiligen Beleuchtungsbereichs 76, 72, 74 auf die jeweilige Bildfläche 116 des Bildsensors 118 erfolgt.
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Dadurch dass die Erfassungsbereiche 108 eine kleinere Flächenausdehnung aufweisen, als die Beleuchtungsbereiche 76, 72, 74 ist es erforderlich, gesteuert durch die Steuerung 140 die Kantenbilderfassungseinheiten 92, 94 stets so zu bewegen, dass in dem jeweils erzeugten Kantenbild 120 der zu vermessende Kantenabschnitt 82, 84, 86 ungefähr mittig des Kantenbildes liegt.
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Durch die der Steuerung 140 vorgegebene Relativposition der Kantenbilderfassungseinheit 92, 94 und des jeweiligen Beleuchtungsbereichs 76, 72, 74 auf dem Objektträger 20 ist die Lage des jeweiligen Kantenabschnitts 82, 84, 86 in dem jeweiligen Kantenbild 120 exakt auswertbar, da an diesem ein scharfer hell-dunkel Kontrast vorliegt.
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Somit lässt sich durch die erfindungsgemäße Kantenerfassungseinrichtung 60 die Lage des Objekts 30 auf dem Objektträger 20 vor einer Belichtung der jeweiligen fotosensitiven Schicht 341 oder 342 exakt bestimmen und somit die Belichtung der jeweiligen fotosensitiven Schicht entsprechend der Lage der Objektkanten 52, 54, 56 exakt korrigieren.
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Um insbesondere die Präzision der Erfassung der Position des Objekts 30 relativ zum Objektträger 20 dann zu verbessern, wenn ein Wenden des Objekts 30 um 180° erfolgt, so dass die zuvor oben liegende Flachseite auf der Objektträgerfläche 22 liegt und die zuvor auf der Objektträgerfläche 22 liegende Flachseite der Belichtungseinrichtung 40 zugewandt ist, lassen sich die Kantenbilder 120 mit dem jeweiligen Verlauf der Kantenabschnitte 82, 84, 86 in der Steuerung speichern, so dass nach einem Wenden dieser Kantenabschnitt 82, 84, 86 aufgrund seines Verlaufs wieder aufgefunden werden kann und mit dem Verlauf des vor dem Wenden erfassten Kantenabschnitts zur Deckung gebracht werden kann, woraus sich noch eine erhöhte Präzision bei der Bestimmung der Lage des Objekts 30 nach dem Wenden in Bezug auf die Lage des Objekts 30 vor dem Wenden jeweils relativ zum Objektträger 20 ergibt.
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage ist die jeweilige Kantenbeleuchtungseinheit 150, wie in 11 dargestellt, in den Objektträger 20 integriert, wobei der Objektträger 20 einen Grundkörper 162 und eine auf dem Grundkörper 162 aufliegende Objektträgerplatte 164 umfasst, wobei die Objektträgerplatte 164 beispielsweise als Keramikplatte ausgebildet ist, die ihrerseits die Objektträgerfläche 22 auf ihrer dem Grundkörper 162 abgewandten Seite bildet.
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Die Kantenbeleuchtungseinheit 150 ist beispielsweise in den Grundkörper 162 so integriert, dass der Diffusor 154 durch die Objektträgerplatte 164 gebildet ist, welche somit ihrerseits als optischer Diffusor wirkt, und auf dem Grundkörper 162 sitzt und von seiner der Objektträgerfläche 22 abgewandten Seite von den als Leuchtdioden ausgebildeten Lichtquellen 152 angeleuchtet wird, wobei die Lichtquellen 152 beispielsweise durch zwei oder mehr nebeneinandersitzende Reihen von Leuchtdioden gebildet sind.
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Die Leuchtdioden 152 sitzen dabei in einer Ausnehmung 166 des Grundkörpers 162, welche den Grundköper 162 bis zu seiner Unterseite 168 durchsetzt, wobei allerdings die Ausnehmung 166 durch eine mit der Unterseite 168 abschließende Deckplatte 170 verschlossen ist.
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Im Übrigen wird hinsichtlich alle weiteren Merkmale des zweiten Ausführungsbeispiels vollinhaltlich auf die Ausführungen im ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen.
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Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in 12 umfasst die Optik 110' ein beidseitig telezentrisches Objekt 111', bei welchem die Aperturblende 112 sowohl im Objektraum als im Bildraum zur optischen Achse 114 parallele Strahlen erzwingt, das heißt nur diese Strahlen zur Abbildung heranzieht, so dass im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ein verbesserter telezentrisches Verhalten vorliegt.
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Im Übrigen arbeitet das dritte Ausführungsbeispiel in gleicher Weise wie die voranstehenden Ausführungsbeispiele, so dass bezüglich der übrigen Merkmale vollinhaltlich auf die voranstehenden Ausführungsbeispiele Bezug genommen wird.
