DE2331975A1

DE2331975A1 - Elektronische anordnung fuer das programmierte zeichnen von graphischen figuren

Info

Publication number: DE2331975A1
Application number: DE2331975A
Authority: DE
Inventors: Robert Sigelle; Jacques Trotel
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1972-06-23
Filing date: 1973-06-22
Publication date: 1974-01-10
Also published as: JPS5815937B2; GB1407517A; DE2331975C2; US3816719A; FR2189870B1; JPS4958724A; FR2189870A1

Description

Elektronische Anordnung für das programmierte Zeichnen von graphischen Figuren.

Es besteht insbesondere auf dem Gebiet der Mikro- und Nanoelektronik das Problem, eine bestimmte graphische Figur flächenhaft auf einen Aufzeichnungsträger mit im allgemeinen sehr kleinen Abmessungen zu übertragen. Die graphische Figur kann beispielsweise zur Fertigung einer Maske für integrierte Schaltungen durch Bedrucken eines geeigneten Harzes bestimmt sein. .

Eines der bisher angewendeten Verfahren besteht darin, die zu reproduzierende Figur in eine bestimmte Anzahl von Elementarfiguren zu zerlegen, wobei jede dieser Elementarfiguren eine vorbestimmte Form hat. Jeder Elementarfigur entspricht eine Codegruppe.

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Die Folge dieser Codegruppen ist in einem Rechengerät programmiert. Dieses Rechengerät wirkt über elektromechanische Mittel beispielsweise auf ein Elektronenmikroskop oder einen Oszillographen ein, der eine Blende mit der Breite, der Höhe und der Lage nach veränderlicher öffnung hat und die Elementarfiguren reproduziert.

Derartige elektromechanisch^ Mittel liegen notwendigerweise außerhalb des evakuierten Raumes. Ihre Steuerungen sind wegen des Vorhandenseins von mechanischen Gliedern langsam, und die Vorrichtungen sind notwendigerweise sehr empfindlich und teuer.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer rein elektronischen Anordnung dieser Art.

Die Erfindung beruht'darauf, daß 3ede ' Elementarfigur entweder ein Rechteck ist, dessen Seiten festgelegte Richtungen haben, oder ein Parallelogramm, von dem zwei Seiten stets zu der gleichen festen Richtung parallel sind, während die beiden anderen Seiten um 45° in der einen oder der anderen Richtung gegen diese feste Richtung geneigt sind, so daß jede Elementarfigur durch fünf Parameter gekennzeichnet ist, nämlich durch die Koordinaten χ und y eines bestimmten Eckpunktes der Elementarfigur in Bezug auf ein rechtwinkeliges Koordinatensystem, die Länge 1 der parallel zu der festen Richtung liegenden Seite der Elementarfigur, die Höhe h der Elementarfigur und den Formfaktor C der Elementarfigur, der angibt, ob es sich um ein Rechteck oder um ein Parallelogramm der einen oder der anderen Kategorie handelt. Die Folge dieser Codegruppen ist in einem Rechengerät klassischer Art programmiert. Der Ausgang des Rechengeräts betätigt eine Anordnung, die

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den eigentlichen Erfindungsgegenstand bildet und Steuerspannungen erzeugt, die auf eine Adressiereinrichtung einwirken, beispielsweise auf das Ablenksystem eines Elektronen- oder Photonenstrahls. Jede. Elementarfigur wird durch zeilenweise Abtastung mit Hilfe des Strahls erhalten, wobei die aufeinanderfolgenden Zeilen abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen abgetastet werden. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, die bewirken, daß jede Zeile durch eine regebiäßige Folge von Auftreffpunkten von Photonen oder Elektronen gebildet wird, wobei jeder Auftreffpunkt ein Bild mit vorbestimmten kleinen Dimensionen erzeugt und die aufeinanderfolgenden Bilder sich aneinanderschließen. Man erhält somit eine Folge von Bildern, die durch die Elementarfiguren gebildet sind, welche in Form von belichteten Flächen mit vorbestimmten Umrissen erscheinen, wobei sich die Längen 1 in der Anzahl der Punkte pro Zeile und die Höhen h in der Anzahl der Zeilen äußern.'

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielshalber beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Beispiel einer graphischen Figur, die auf einen beliebigen Träger aufzuzeichnen ist, sowie die Zerlegung dieser Figur in Elementarfiguren gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die drei bei der Erfindung angewendeten Formen von Elementarfiguren und die entsprechenden Parameter, welche die Eingabe der Elementarfiguren in ein Rechengerät ermöglichen,

Fig. 3 ein Beispiel einer anderen darzustellenden graphischen Figur und ihre Zerlegung in Elementarfiguren,

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Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Zerlegung der Figuren in elementare Punkte und der zur Aufzeichnung der elementaren Punkte in der einen Koordinatenrichtung anzulegenden Spannungen,

Fig. 5 ein Diagramm der zur Aufzeichnung der elementaren Punkte in der anderen Koordinatenrichtung anzulegenden Spannungen,

Fig. 6 das Prinzipschema einer Schaltung zur Erzeugung der Ablenkspannungen für die eine Koordinatenrichtung,

Fig. 7 das Prinzipschema einer Anordnung für die Erzeugung der Ablenkspannungen für die andere Koordinatenrichtung,

'Fig. 8 Zeitdiagranlme von Impulsen für" die Steuerung der Anordnungen von Fig. 6 und 7,

Fig. 9 das Prinzipschema einer Anordnung nach der Erfindung zur Erzeugung der Steuerimpulse von Fig. 8 und

Fig.10 Diagramme des zeitlichen Verlaufs von Signalen, die an verschiedenen Punkten der Anordnung von Fig. 9 auftreten.

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In Fig. 1 und 3 sind zwei graphische Figuren dargestellt, die auf einer empfindlichen Platte reproduziert werden sollen. In Fig. 1 ist der Buchstabe A gezeigt, dessen Schenkel um 45° nach rechts und nach links geneigt sind. Es ist zu erkennen, daß es in diesem Fall außerordentlich leicht ist, die graphische Figur in Parallelogramme und Rechtecke der in Pig. 2 dargestellten Formen zu zerlegen, wenn zugelassen wird, daß sich zwei Figurenelemente überdecken können. In Fig. 3 ist ein Ring dargestellt, der in Rechtecke gleicher Höhe zerlegbar ist.

Die in Fig. 2 dargestellten Elementarformen sind ein Parallelogramm I, das zwei zur x-Achse parallele Seiten und zwei um 45° gegen die x-Achse nach rechts geneigte Seiten hat, ein Rechteck II, dessen Seiten zur x-Achse bzw. zur y-Achse parallel sind, und ein Parallelogramm III, das zwei zur x-Achse parallele Seiten und zwei um"45° gegen die x-Achse nach links geneigte Seiten hat.

Jede Elementarfigur ist somit durch fünf Parameter gekennzeichnet:

(a) die Koordinate χ eines Eckpunktes, beispielsweise des linken unteren Eckpunktes M_Q;

(b) die Koordinate y_Q des Eckpunktes M_Qi

(c) die Breite 1;

(d) die Höhe h;

(e) einen Formparameter C (Form I, II oder III).

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Um eine "bestimmte Figur zu erhalten, braucht nur die Folge der Parameter x_Q, y , 1, h und C der verschiedenen, die Figur bildenden Elementarfiguren eingegeben zu werden.

Es soll nun die Vorrichtung beschrieben werden, die es ermöglicht, die Figuren auf dem Aufzeichnungsträger aufzuzeichnen.

In Fig. 4 sind drei Elementarfiguren der Formen I, II und III mit der gleichen Höhe h und der gleichen Breite 1 dargestellt. Diese Figuren werden durch Drucken von aufeinanderfolgenden Punkten erhalten, die stets

. den gleichen Abstand η voneinander haben. Die Punktzeilen haben gleichfalls den Abstand n, wobei η im wesentlichen dem Durchmesser eines Punktes entspricht. Der klareren Darstellung wegen ist der Durchmesser ■sehr.-viel kleiner· wiedergegeben·*·-damit die Punkte .· ·. ..- . .·. deutlich voneinander unterschieden werden können. In Wirklichkeit wird jede Figur also in Form einer zusammenhängenden Fläche aufgezeichnet. Bei dem beschriebenen Beispiel liegen die aufeinanderfolgenden Punktzeilen und die aufeinanderfolgenden Punkte jeder Zeile in gleichen Abständen. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, daß es sich um die Mittelpunkte von Lichtpunkten^handelt, deren Durchmesser bei einer industriellen Anwendung in der Größenordnung von 0,1 /um liegt.

Zum Drucken dieser Punkte wird nach der Erfindung eine zeilenweise Abtastung vorgenommen, wobei die Zeilen abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen abgetastet werden, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Zur Durchführung dieser zeilenweisen Abtastung brauchen nur.an das Horizontal-

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ablenksystem Treppenspannungen der in Fig. 4 gezeigten Art angelegt zu werden. In den drei dargestellten Fällen sind vier Punkte pro Zeile und drei Zeilen vorhanden.

Zum aufeinanderfolgenden Drucken der Punkte einer bestimmten Elementarfigur wird das folgende Verfahren angewendet :

Am Beginn jeder Aufzeichnung einer Elementarfigur werden zwei Spannungen V _o und V an das Horizontalablenksystem bzw. an das Vertikalablenksystem einer ein Teilchenbündel erzeugenden Vorrichtung, beispielsweise eines Elektronenstrahlsystems.angelegt. Diese Spannungen hängen von den Koordinaten χ und y des Punktes M ab, d.h. des ersten Punktes auf der linken Seite der ersten Zeile.

Unabhängig Von der darzustellenden Elementarfigur ändert sich die Spannung V in gleicher Weise (Fig. 5). Während einer Zeit 4At (wobei At später definiert wirdX bleibt die Spannung V konstant (Abtastzeit der ersten Zeile). Am Ende dieser Zeit nimmt sie den Wert V + AV an, und sie behält diesen Wert für die Zeit 4At (zweite Zeile) bei, worauf sie den Wert V +2 AV annimmt.

Die Abtastung der ersten Zeile erfolgt von links nach rechts, diejenige der zweiten Zeile von rechts nach links usw. Die Anfangs spannung V hängt von der Abszisse des Punktes M ab. Diese Spannung bleibt für die Zeit At konstant, welche die zum Bedrucken des Harzes durch den Elektronenstrahl erforderliche Zeit ist.

Am Ende der Zeit A t nimmt die Spannung den Wert V + AV an, und sie bleibt erneut für die Zeit At (Belichtungszeit

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des zweiten Punktes) konstant, worauf sie in gleicher Weise nacheinander die Vierte V _+2AVj V„.+3 AV an.

2CO XO

Somit sind nach .der Zeit 4 At die vier Punkte der ersten Zeile gedruckt.

Die Spannung V nimmt dann den Viert V +AV an, und die zweite Zeile wird in der" gleichen Weise von rechts nach links durchlaufen.

Um bei der Elementarfigur I den ersten Punkt der zweiten Zeile zu erhalten, muß zu der am Ende der Abtastung der ersten Zeile erhaltenen Spannung V der Wert AV addiert werden, und anschließend muß die Spannung V stufenweise von V +4 AV auf V + AV verringert werden, wodurch die Punkte der zweiten Zeile erhalten werden; wenn dann die Spannung V von dem Wert V+ AV auf den

Wert V_,+2 AV geht, muß die Spannung V von V„_+2 AV oy -je λο

auf V +5 AV erhöht werden (Kurve A).

JO

Für die Elementarfigur II muß die Spannung V für die Abtastung der drei Zeilen nacheinander die folgenden Werte annehmen (Kurve B):

Erste Zeile: ν_χο
V_xo

Zweite Zeile: V„_ + 3 AV V_xo + 2 ΔΥ

^Vxo

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Dritte Zeile: ν_χο

^Vxo ^{+ Δν}

V_xo ♦ 2 AV

V_xo ♦ 3 AV

Für dLe Elementarfigur III nimmt die Spannung V nacheinander die folgenden Werte an ('Kurve C):

Erste Zeile: ν_χο

^Vxo ⁺ 3 ΔΥ

Zweite Zeile: ν_χ0 + 2 AV

^Vxo ^Vxo

Dritte Zeile: ν_χ0 - 2 AV

V_xo ^Vxo

.In den folgenden Figuren sind schematisch Einrichtungen dargestellt, die es ermöglichen, elektrische Spannungen der angegebenen Art aus dem Ausgangssignal eines Rechengeräts zu erhalten, das nacheinander die Folgen der Parameter x_Q, y_Q, 1, h und Caufgezeichnet hat.

Es sollen nacheinander die Einrichtungen untersucht werden, welche
gen können.

den, welche die dargestellten Spannungen V und V erzeu-

x y

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Die in Fig. 6 gezeigte Anordnung enthält ein erstes Register 1, das mit dem Rechengerät verbunden ist und η Ausgänge hat; der Zustand O oder 1 dieser η Ausgänge stellt eine n-stellige Binärzahl dar, die der Parameter X₀ ist.

Der Inhalt dieses Registers Wird in einen Vorwärts-Rückwärts-Zähler 2 eingegeben, der drei Eingänge hat, nämlich einen Eingang D, der an einen weiteren Ausgang des Rechengeräts angeschlossen ist, einen Vorwärtszähleingang Ι_χ+ und einen Rückwärtszähleingang I . Diese beiden Eingänge empfangen Impulse mit der Taktfrequenz einer später noch zu beschreibenden Anordnung. Die Ausgänge dieses Vorwärts-Rückwärts-Zählers 2 sind mit einem Digital-Analog-Umsetzer 3 verbunden, dessen Ausgang an einen Verstärker 4 angeschlossen ist, der die Ablenkspannung V liefert.

Diese Anordnung arbeitet in folgender Weise:

In einem vom Rechengerät bestimmten Zeitpunkt t läuft der Vorwärts-Rückwärts-Zähler 2 an, und in diesem Zeitpunkt ist sein Zählerstand die Zahl x_Q, welche die Abszisse des Punktes M der im Zeitpunkt t auszuführenden Elementarfigur ist. Dieses Anlaufen wird vom Eingang D gesteuert.

In diesem Augenblick empfängt der Vorwärts-Rückwärts-Zähler am Eingang I„. Impulse, die seinen Zählerstand erhöhen. Wenn er also im Zeitpunkt t_Q den Zählerstand x_Q hat, nimmt dieser Zählerstand mit jedem ihm zugeführten Impuls I₊ um eine Einheit zu.

In gleicher Weise verringert sich sein Zählerstand bei jedem am Eingang I zugeführten Impuls „um eine Einheit.

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Dieser Zähler empfängt von einer später noch zu beschreibenden Einric
pulsfolge I

benden Einrichtung eine Impulsfolge I und dann eine ImDer Digital-Analog-Umsetzer 3 liefert zu dem Verstärker 4 im Zeitpunkt t eine Spannung x_Q.u, wobei u die dem Wert χ = 1 zugeordnete Spannung ist. Wenn ein Impuls I übertragen wird, nimmt die abgegebene Spannung den Wert (x_o+1)u an.

Wenn ein Impuls I^_ übertragen wird, nimmt die abgegebene Spannung den Wert (x_Q-1)u an.

In gleicher Weise stellt Fig. 7 die zur Erzeugung ..der Spannung V verwendete Schaltung dar. Sie enthält Bestandteile 10, 20, 30_# 40, die den Bestandteilen 1, 2, 3 bzw. 4 von Fig. 6 gleich sind, mit dem einzigen Unterschied, •daß der· Zähler -20 keinen Rückwärtszähleing-ang hat, sondern nur einen Zähleingang I . Im übrigen hat er die gleiche Wirkungsweise.

Daraus folgt, daß die Spannung V eine Treppenspannung mit ansteigenden oder abfallenden Stufen ist, während die Spannung V eine Treppenspannung mit stets ansteigenden Stufen ist.

Fig. 8 zeigt die Spannungsimpulse, welche zur Erzielung der Treppenspannungen von Fig. 4 und 5 notwendig sind.

Die Kurve H zeigt die Taktimpulse vom Zeitpunkt t an. Der erste Impuls, der mit D bezeichnet ist, markiert das Anlaufen des Vorgangs der Aufzeichnung der Elementarfigur. Nach diesem Impuls kommt eine Folge von drei Impulsen,

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die den vier Punkten der ersten Zeile entsprechen dann ein Impuls R, der dem übergang von einer Zeile zur nächsten entspricht und des besseren Verständnisses wegen mit größerer Amplitude als die anderen Impulse dargestellt ist. Anschließend folgen die drei Impulse der zweiten Zeile, der Impuls R für den .Übergang auf die dritte Zeile und die Impulse der dritten Zeile.

Die Impulse R sind in Wirklichkeit die dem Eingang I zugeführten Impulse. Sie sind in dem mit Y bezeichneten Diagramm dargestellt.

Die mit A, B und C bezeichneten Diagramme zeigen die Verteilung der Impulse I und I , die den Eingängen des Vorwärts-Rückwärts-Zählers 2 von Fig. 6 für die Fälle A, B bzw. C von Fig. 4 zuzuführen sind.

Man erkennt durch Vergleich mit der Kurve B von Fig. 4, daß für die Darstellung des Rechtecks II zunächst drei Impulse I für den stufenförmigen Anstieg entlang der ersten Zeile benötigt werden, wobei jeder Im- . puls einer'Erhöhung AV. entspricht, dann drei Impulse I für das stufenförmige Hinabsteigen entlang der zweiten Zeile, usw., und daß jede Zeilenimpulsfolge von der Impulsfolge für die nächste Zeile durch ein Intervall getrennt ist, das dem zweifachen Wert At entspricht (wobei A t natürlich die Dauer einer normalen Treppenstufe ist). Wie nämlich aus Fig. 4B zu erkennen ist, hat der letzte Punkt der ersten Zeile die gleiche Abszisse wie der erste Punkt der zweiten Zeile, wie bereits zuvor erläutert worden ist.

Es gibt also Folgen von drei Impulsen I (oder n-1 im Allgemeinfall) für den Anstieg und von drei Impulsen

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I (bzw. n-1 im Allgemeinfall) für den Abstieg, die voneinander durch eine Impulslücke getrennt sind, damit die rechteckige Elementarfigur II gebildet wird.

Im Fall der Elementarfigur I (Kurve A) hat man wiederum nach dem Impuls D in entsprechender Weise vier (bzw. im Allgemeinfall n) Impulse I (ohne Zählung des Impulses D) für die erste Zeile, auf die drei (bzw. n-1) Impulse für den Abstieg entlang der zweiten Zeile folgen, und dann fünf (bzw. n+1) Impulse für den Anstieg entlang der dritten Zeile. In diesem Fall gibt es keine Lücke zwischen den Impulsfolgen I und I . Es gibt also im allgemeinen (n+1) Impulse I , auf die (n-1) Impulse Ι_χ_ folgen, ohne Totzeit zwischen den Zeilen. *

Für die Elementarfigur III hat man gemäß der Kurve C zunäohist drei._v(bzw«..n-t). Impulse ·!····, auf· .die .fünf, (bzw. n+1) Impulse I folgen, ohne daß eine Lücke zwischen diesen Folgen besteht.

Daraus folgt, daß die Einrichtung zur Erzeugung der Impulse I und I vom Rechengerät folgendes empfangen muß:

(A) die Koordinaten x_Q und y_Q (d.h. den Anfangsbefehl), die vom Register des Rechenwerks geliefert werden;

(B) die Strecken 1 und h, d.h. die Anzahl der Punkte jeder Zeile und die Anzahl der Zeilen;

(C) einen Hinweis auf die zu zeichnende Figur.

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Dieser Hinweis besteht in der Angabe darüber, ob zu den-Impulsfolgen I zwei zusätzliche Impulse hinzuzufügen sind (Fall der Elementarfigur I) oder ob keine Impulse hinzuzufügen sind und eine Lücke zwischen den Impulsen I und I zu lassen ist (Fall der Elementarfigur II) oder ob schließlich zwei zusätzliche Impulse zu der Impulsfolge Ι_χ_ hinzuzufügen sind (Fall der Elementarfigur III).

Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Schaltung ist in Fig. 9 dargestellt; Fig. 10 zeigt den Verlauf von Signalen, die an bestimmten Punkten der Schaltung von Fig. 9 erscheinen.

·*. ■. *.■'·■ ·· ·■· · - . ■ · ■ . Die Anordnung von Fig. 9 enthält also im wesentlichen die benits zuvor erwähnten Bestandteile, nämlich einen Taktgeber 100, der Taktimpulse mit der Folgefrequenz 1/Δΐ^:ί erzeugt. 'Diese· Frequenz· -wird in Abhängigkeit von * der Dimension des Elementarpunktes gewählt, d.h. von der Intensität des Elektronenstrahls und der Empfind-Ifchkeit des zu beschreibenden Harzes. Diese Impulse werden einem Eingang einer Und-Schaltung 101 zugeführt.

Der andere Eingang der Und-Schaltung 101 ist an den Ausgang einer bistabilen Kippschaltung 103 mit zwei Zuständen 1 und 0 angeschlossen. Diese Kippschaltung wird durch einen dem Eingang D^ vom Rechengerät zugeführten Anlaufbefehl in den Zustand 1 gebracht. Wenn sie sich in Zustand 1 befindet, öffnet sie die Und-Schaltung 101.

Die Kippschaltung 103 wird an einem anderen Eingang D₂ in den Zustand 0 zurückgestellt.

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Der Ausgang der Und-Schaltung 101 ist mit dem Eingang eines als einstellbarer Frequenzteiler wirkenden Zählers 104 verbunden, der jeweils nach Empfang von 1 Eingangs impuls en, d.h. am Ende jeder Zeile einen Impuls abgibt. Der Ausgang dieses Zählers 104 ist mit einem weiteren als Frequenzteiler wirkenden Zählers 105 verbunden, der einen Impuls liefert, wenn er h Impulse empfangen hat. Der Ausgang des Zählers 105 ist mit dem Eingang D« der Kippschaltung 103 verbunden, und der von ihm abgegebene Impuls bringt die Kippschaltung in den Zustand O zurück und schließt dadurch die Und-Schaltung 101. Der Ausgang des Zählers liefert die Impulse I , die dem entsprechend bezeichneten Eingang des Zählers 20 von Fig.. 7 zugeführt werden (Impulse für den Übergang von einer Zeile zur nächsten).

Der Ausgangsimpuls des Zählers 105 kennzeichnet das Ende der Aufzeichnung der Elementarfigur.

■ ·

Die Zahlen 1 und h werden an Eingängen zugeführt, deren Zustände O oder 1 durch einen entsprechenden Ausgang des Rechengeräts bestimmt werden, wodurch also die Länge 1 und die Höhe h der zu zeichnenden Elementarfigur angegeben wird.

Der Ausgang des Zählers 104 und der Ausgang der Und-Schaltung 101 sind mit den beiden Eingängen einer bistabilen Kippschaltung 106 verbunden. Diese Kippschaltung wird durch den Ausgangsimpuls des Zählers 104 in den Zustand 0 und durch den folgenden Ausgangsimpuls der Und-Schaltung 101 in den Zustand 1 gebracht. Sie hat zwei zueinander komplementäre Ausgänge c und c", von denen sich der eine im Zustand 1 befindet, wenn der andere im Zustand 0 ist, und umgekehrt.

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Die Signale c und c" sind in Fig. 10 in den entsprechend bezeichneten Diagrammen dargestellt.

Der Ausgang des Zählers 104 ist mit den beiden Eingängen einer bistabilen Kippschaltung 107 verbunden. Ein das Ende einer Zeile anzeigender Impuls R bringt diese Kippschaltung in den Zustand 1,und der nächste Impuls R bringt sie in den Zustand 0.

Diese Kippschaltung hat zwei zueinander komplementäre Ausgänge b und b. Der Ausgang b befindet sich somit am Anfang in Zustand 1 und geht beim ersten Impuls R in den Zustand 0, beim nächsten Impuls R in den Zustand 1 usw.

Die Ausgänge b und c sind mit zwei Eingängen einer Und-Schaltung 108 verbunden, deren Ausgang mit einem ersten Eingang einer Oder-Schaltung· 110 verbunden· ist.

Die Ausgänge Έ und b~ sind mit zwei Eingängen einer Und-Schaltung 109 verbunden, deren Ausgang mit einem ersten Eingang einer Oder-Schaltung 111 verbunden ist.

Die Und-Schaltungen 108 und 109 haben jeweils einen weiteren Eingang, der über die Und-Schaltung 101 und eine Verzögerungsschaltung 117 an den Taktgeber 100 angeschlossen ist. Diese Verzögerungsschaltung hat den Zweck, die Taktimpulse um eine Zeit zu verzögern, die gleich der Ansprechzeit der verschiedenen Kippschaltungen ist.

Dieser erste Teil der Schaltung arbeitet in folgender Weise:

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Wie bereits zuvor erwähnt wurde, werden der Anfang und das Ende einer Bildsequenz durch den Zustand der Kippschaltung 103 gesteuert, die im Zustand 1 die Und-Schaltung 101 öffnet, so daß diese die Taktimpulse durchläßt. Diese Taktimpulse sind nach geringfügiger Verzögerung in der Verzögerungsschaltung 117 im Diagramm d dargestellt und werden den entsprechenden Eingängen der Und-Schaltungen 108 und 109 gleichzeitig zugeführt.

Die Und-Schaltung 108 ist offen, wenn sich die Kippschaltung 107 im Zustand 1 befindet (Kurve b), d.h. zwischen dem ersten und dem zweiten Impuls R bei dem gewählten Beispiel (vier Punkte pro Zeile und drei Zeilen).

Der Ausgang c, der sich normalerweise im Zustand 1 befindet, aber zwischen dem ersten Impuls R und dem nächsten Taktimpuls auf den Zustand 0 zurückfällt, schließt während dieses Zeitintervalls die Und-Schaltung 108. Die Oder-Schaltung 110 liefert also normalerweise drei erste Impulse an ihrem Ausgang, d.h. drei Impulse I . Beim Eintreffen des ersten Impulses R geht der Ausgang b in den Zustand 0, und die Und-Schaltung 1.08 wird geschlossen.

In diesem Augenblick geht der Ausgang b~ in den Zustand 1, so daß er die Und-Schaltung 109 öffnet. Nach dem gleichen Verfahren werden drei Impulse I am Ausgang der Oder-Schaltung 111 abgegeben.

Man hat somit drei Impulse I , eine Totzeit, vier Impulse I„ , eine Totzeit usw. Man erhält auf diese Weise die Impulsfolgen, die zur Bildung der drei Elementarfiguren

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erforderlich sind; bekanntlich wird der Formfaktor durch die Erzeugung eines Impulses in der einen oder anderen Totzeit oder durch das Fehlen eines solchen Impulses bestimmt.

Damit man also diese Formfaktorimpulse oder keine Formfaktorimpulse hat, braucht man nur diese Impulse an den anderen Eingängen der Oder-Schaltungen 110 und 111 zu erzeugen oder nicht zu erzeugen.

Dies geschieht durch den zweiten Teil der Schaltung von Fig. 9.

Dieser zweite Teil enthält zwei Kippschaltungen 112 und 113 mit zwei Zuständen 1 und 0, wobei diese Zustände die drei Formfaktoren in codierter Form ausdrücken. Wenn sich die beiden Kippschaltung 113 und 112 im Zustand 0 befinden, geben sie die Zahl 00 wieder, die "Rechteck" bedeutet .

Wenn die Kippschaltung 112 im Zustand 1 und die Kippschaltung 113 im Zustand 0 ist (Zahl 10), erhält man den Formfaktor für die Elementarfigur I; wenn die Kippschaltung 112 im Zustand 0 und die Kippschaltung 113 im Zustand 1 ist (Zahl 01) hat man den Formfaktor für die Elementarfigur II.

Die Steuerbefehle für diese Kippschaltungen werden von einem sogenannten Codeausgang C des Rechengeräts erzeugt.

Die Ausgänge dieser Kippschaltungen sind jeweils mit einem Eingang einer Und-Schaltung 115 bzw. 116 verbunden, die jeweils zwei weitere Eingänge haben _r die an die Verzögerungsschaltung 117 bzw. an den Ausgang c" angeschlossen

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sind. Der Ausgang c befindet sich zwischen federn Impuls R und dem folgenden Taktimpuls im Zustand 1. Der Ausgang der Und-Schaltung 115 ist mit dem zweiten Eingang der Oder-Schaltung 110 verbunden, und der Ausgang der Und-Schaltung 116 mit dem zweiten Eingang der Oder-Schaltung 111. Dies hat die Erzeugung eines Impulses während der einen oder der anderen Totzeit je nach den Zuständen der Code-Kippschaltungen 112 und 113 zur Folge, bzw. das Fehlen einer solchen Impulserzeugung, wenn sich die beiden Kippschaltungen im Zustand 0 befinden.

Das beabsichtigte Ergebnis wird also tatsächlich erreicht. Natürlich ist die beschriebene Schaltung nur als Ausführungsbeispiel anzusehen.

Die Elementarfiguren kennzeichnen sich ferner im wesentlichen dadurch,' daß für den Übergang von einer Zeile zur nächsten im Fall des Rechtecks eine Totzeit vorhanden ist, die zur Abgabe eines Formfaktorimpulses ausgenutzt werden kann, was die Erzeugung der einen oder der anderen von zwei weiteren Elementarfiguren ermöglicht, die von dem Rechteck verschieden sind. Dies macht es notwendig, daß die Seiten der Parallelogramme gegen die x-Achse eine Neigung von 45 haben, d.h. einen Winkel, dessen Tangens den Wert 1 hat. Wenn man andere Neigungen haben möchte, müssen sie so gewählt werden, daß Totzeiten von 2At, 3At... gelassen werden, so daß die Seiten der Parallelogramme mit der x-Achse Winkel bilden, deren Tangens den Wert 2, 3··.. hat. Dies läßt sich mit der beschriebenen Anordnung ohne weiteres erreichen.

Mit der beschriebenen Anordnung kann durch zeilenweise Abtastung jede beliebige Figur gezeichnet werden, wenn

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Rechtecke gewählt werden, die die Höhe 1 haben, d.h. nur aus einer Punktzeile bestehen. Zu diesem Zweck braucht nur die Zahl 1 im Frequenzteiler 105 eingestellt zu werden.

Da die Punkte einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,1 jam. in einem Elektronenmikroskop haben, ist leicht zu erkennen, daß eine beträchtliche Anzahl von Figuren, beispielsv/eise von Schriftzeichen, in sehr kleinem Maßstab reproduziert werden kann. Die Erfindung ermöglicht somit das automatische Zeichnen von Masken in sehr kleinem Maßstab für nanoelektronische Schaltungen. Sie ermöglicht auch die elektrische Anzeige von beliebigen Figuren durch selektives Aufleuchtenlassen von Lichtpunkten mit Hilfe von elektrischen Adressiereinrichtungen von anderer Art als Elektronenstrahlen.

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Claims

Pa tentansprüche

'Elektronische Anordnung für das programmierte Zeichnen von graphischen Figuren, die an ihren Eingängen codierte Daten empfängt, die von einem Rechengerät kommen, und die an zwei Ausgängen Spannungen abgibt, die auf das Horizontalablenksystem bzw. das Vertikalablenksystem einer Schreibvorrichtung einwirken können, wobei die Daten dadurch programmiert sind, daß die zu zeichnende Figur in Elementarfiguren von drei vorbestimmten Kategorien zerlegt wird und jede dieser Elementarfiguren durch aufeinanderfolgende Einwirkungen auf in gleichmäßigen Abständen auf geraden Zeilen liegende Punkte gezeichnet wird, wobei die Zeilen zueinander parallel sind und jeweils durch das Horizontalablenksystem abgetastet werden können, während die Zeilen in gleichen Abständen liegen und nacheinander durch das Vertikalablenksystem abgetastet werden können, gekennzeichnet durch einen ersten und einen zweiten Eingang, die von dem Rechengerät in einem bestimmten Zeitpunkt Zahlen empfangen, die die Abszisse bzw. die Ordinate eines ersten abzutastenden Punktes einer Elementarfigur in Bezug auf ein Koordinatensystem mit durch die Ablenksysteme definierten· Richtungen ausdrücken, einen dritten und einen vierten Eingang, die jeweils eine Zahl empfangen, die in dem bestimmten Zeitpunkt die Anzahl der Punkte auf jeder abzutastenden Zeile bzw. die Anzahl der abzutastenden Zeilen angibt, einen fünften Eingang, der durch ein Register gebildet ist, das wenigstens drei Zustände annehmen kann, wobei jeder Zustand eine codierte Zahl darstellt, welche die Form der Elementarfigur ausdrückt, nämlich entweder ein Rechteck oder ein Ffeiallelogramm mit zwei zur horizontalen Achse parallelen Seiten

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und mit zwei gegen die horizontale Achse um einen vorbestimmten Winkel nach rechts geneigten Seiten oder ein Parallelogramm mit zwei gegen die horizontale Achse um den gleichen vorbestimmten Winkel nach links geneigten Seiten, wobei der Tangens des Neigungswinkels eine ganze Zahl beträgt, und durch zwei Ausgänge, von denen der erste Ausgang eine Treppenspannung mit abwechselnd ansteigenden und abfallenden Stufenfolgen liefert, deren Stufen in gleichen Abständen liegen, und stets die gleiche Dauer haben und wobei jede Stufenfolge ebensoviele Spannungsstufen aufweist, wie Punkte auf einer Zeile liegen, und am Ende jeder Stufenfolge eine zusätzliche Stufe, deren Dauer gleich der normalen Dauer multipliziert mit der den Tangens des Neigungswinkels ausdrückenden ganzen Zahl ist, wobei dieser Ausgang durch das Register so gesteuert wird, daß eine dem Tangens des Neigungswinkels entsprechende Anzahl von zusätzlichen Stufen am Ende der ansteigenden Stufenfolgen oder der abfallenden Stufenfolgen angefügt und dadurch die zusätzliche Stufe unterdrückt wird, damit entweder das eine oder das andere Parallelogramm erhalten wird, während der zweite Ausgang eine Treppenspannung mit Spannungsstufen liefert, deren Dauer gleich der Dauer der Abtastung einer Zeile ist, und deren Spannungswerte die gleichen Abstände wie die Stufen der ersten Reihe haben.
2. Anordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Tangens des Neigungswinkels den Wert 1 hat.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Ausgang der Anordnung an den Ausgang eines ersten Digital-Analog-Umsetzers angeschlossen ist,

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dessen Eingänge mit den Stufenausgängen eines Vorwärts-RUckwärts-Zählers verbunden sind, der einen Vorwärtszähleingang, einen Rückwärtszähleingang, einen Starteingang und mit dem ersten Eingang der Anordnung verbundene Stufeneingänge aufweist, und daß der zweite · Ausgang der Anordnung mit dem Ausgang eines Digital-. Analog-Umsetzers verbunden ist, dessen Eingänge mit den Stufenausgängen eines Zählers verbunden sind, der einen Starteingang, einen Zähleingang und mit dem zweiten Eingang der Anordnung verbundene Stufeneingänge hat.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zähleingang des Zählers und dem Vorwärtszähleingang und dem Rückwärtsζahleingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers jeweils Impulse mit fester Folgefrequenz von dem gleichen Taktgeber über eine Torschaltung zugeführt werden, und daß eine Einrichtung zum öffnen und Schließen der Torschaltung am Beginn bzw. am Ende des Zeichnens jeder Elementarfigur vorgesehen ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Ausgang Impulse über einen Frequenzteiler empfängt, dessen Teilerfaktor durch den dritten Eingang auf die Anzahl von Punkten pro Zeile eingestellt wird und der an seinem Ausgang einen Impuls liefert, wenn er eine entsprechende Anzahl von Taktimpulsen gezählt hat.
6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Öffnen und Schließen der Torschaltung durch eine bistabile Kippschaltung gebildet ist, die durch einen Anlaufbefehl für das Zeichnen einer

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^ Elementarfigur in' den Zustand 1 gebracht wird, während sie in den Zustand O durch einen Zähler gebracht wird, der durch den dritten und den vierten Eingang so eingestellt wird, daß er jeweils nach einer Anzahl von Taktimpulsen einen Impuls abgibt, die gleich dem Produkt aus der Anzahl von Punkten in jeder Zeile und aus der Anzahl der Zeilen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Verzweigungseinrichtungen von dem Frequenzteiler so gesteuert werden, daß sie abwechselnd zu dem Vorwärtszähleingang und zu dem Rückwärtszähleingang des Vorwärts-Rückwärts-Zählers Impulsgruppen schicken, in denen die Anzahl der Impulse jeweils um Eins kleiner äs die Anzahl der Punkte pro Zeile ist, und zwischen denen jeweils eine einer Impulsfolgeperiode entsprechende Totzeit vorgesehen ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Register, das die der Form einer zu übertragenden Figur entsprechende codierte Zahl enthält, durch zwei bistabile Kippschaltungen aufgezeichnet ist, wobei die Zustände dieser Kippschaltungen die Binärzahlen 1 bzw. 0 darstellen, und die Zahl 00 einem Rechteck und die Zahlen 01 bzw, 10 den beiden Parallelogrammen entsprechen, und daß von den Kippschaltungen gesteuerte Einrichtungen zur Einfügung von Impulsen in die dem Vorwärtszähleingang bzw. dem Rückwärtszähleingang zugeführten Impulsgruppen während der Totzeiten vorgesehen sind.

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