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Lichtabtastvorrichtung
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtabtastvorrichtung, mit der
eine abzutastende Fläche mittels eines Lichtpunkts veränderbarer Größe abgetastet
wird und die abgetastete Fläche ohne LaralIaxe betrachtet werden kann.
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Eine Abtastvorriclitung, mit der eine abzutastende Fläche mittels
eines LIchtpunkts abgetastet wird und mit der die abgetastete Fläche ohne Parallaxe
betrachtet werden kann, wurde schon in der DE-OS 2 802 286 vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung dient zur Verbesserung dieser bekannten Vorrichtung, wobei die Verbesserung
darin liegt, daß der Lichtpunkt in seiner Größe veränderbar ist.
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Wenn eine Lichtabtastvorrichtung bei einem fotoelektrischen Lesegerät
oder einem Lichtaufzeichnungsgerät verwendet wird, steht die Größe des Lichtpunkts
an der Oberfläche einer Vorlage oder eines fotoempfindlichen Materials in engem
Zusainmenhang mit der Feinheit des Musters an einem Objekt, d.h. mit der Auflösung
eines solchen Musters. Es ist daher manchmal notwendig, entsprechend der notwendigen
Auflösung die Größe des Lichtpunkts zu verändern.
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In einem solchen Fall muß in das optische System zur Ausbildung des
Abtastpunkts ein optisches System zur Veränderung der Größe des Punkts eingefügt
werden. Da jedoch zur Ausschaltung der Parallaxe ein Teil des optischen Systems
für die Ausbildung des Abtastpunkts mit einem Teil eines optischen Betrachtungssystems
gemeinsam ist, wird durch Veränderung der Größe des Abtastpunkts das optische Betrachtungssystem
verändert und damit auch das Betrachtungsfeld, der Fokussierzustand und die Vergrößerung.
Dies führt zu dem Wunsch nach einem optischen Abtastsystem zur Änderung der Punktgröße
ohne nachteilige Beeinflussung des optischen Betrachtungssystems. Die Erfindung
führt zu einer Abtastvorrichtung, die einer solchen Erfordernis entspricht.
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Demnach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Abtastvorrichtung
zu schaffen, mit der die Größe des Abtastpunkts ohne nachteilige Beeinflussung des
optischen Betrachtungssystems ermöglicht ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einen nicht
mit dem optischen Betrachtungssystem gemeinsamen Teil des optischen Systems zur
Ausbildung des Abtastpunkts ein optisches System zur Veränderung der Punktgröße
eingesetzt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine optische Anordnung, bei der eine bekannte Lichtabtastvorrichtung
für eine Ausrichtvorrichtung in einem Gerät zur Herstellung von lialbleiterschaltungselementen
verwendet wird.
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Fiy. 2 zeigt in Einzelheiten die Wirkung eines in Fig. 1 gezeigten
Objektivs.
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Fig. 3 zeigt die Lichtbedingungen an der Pupille des Objektivs.
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Fig. 4A, 4B, 5A, 5B, 6A und 6B veranschaulichen Verfahren, nach denen
der Punktdurchmesser durch Bewegung einer Linse oder durch Austausch der Linse verändert
wird.
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Die nachstehende Beschreibung erfolgt anhand eines Beispiels, bei
dem die Lichtabtastvorrichtung bzw. das optische Abtastsy.stem an einer Ausricht-Einrichtung
mit Masken- oder Mikroplättchen- bzw. Wafer-Abtastung eines Druckers zur Herstellung
von flalbleiterschaltungselementen wie integrierten Schaltungen, integrierten Schaltungen
mit hohem Integrationsgrad usw. verwendet wird.
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Die Fig. 1 ist eine Ansicht einer optischen Anordnung, bei der für
die vorstehend genannte Ausricht-Einrichtung eine bekannte Lichtabtastvorrichtung
verwendet wird. Die Fig 1 zeigt eine Laserstrahlquelle 1, eine Kondensorlinse 2,
einen Polygonaldrehspiegel 3, eine Relais-bzw. Zwischenlinse 4, einen Strahlenteiler
5, der Licht
zu einem optischen Betrachtungssystem 22 bis 24 hin
richtet, eine Feldlinse 6, einen Strahlenteiler 7, der Licht zu einem fotoelektrischen
Detektorsystem 14 bis 18 hin richtet, eine Relais- bzw. Zwischenlinse 8, einen Strahlenteiler
9, der Licht von einem optischen Betrachtungsbeleuchtungs-Systen1 aus Elementen
19 bis 21 her umlenkt, eine Pupille 10 eines Objektivs 11, eine Maske 12 und ein
Mikroplättchen 13. Diese Elemente bilden zusammen ein optisches Laserstrahl-Abtastsystem.
Bei der Fig. 1 ist als Verfahren zur Übertragung des Maskenbilds auf das Mikroplättchen
bzw. den Was er das Kontaktdruckverfahren oder das Annäherungsverfahren vorausgesetzt;
falls jedoch ein Projektionsfokussierverfahren unter Verwendung einer Linse und
eines Spiegels angewandt wird, wird zwischen die Maske und das Mikroplättchen ein
optisches Abbildungssystem angeordnet. Falls im Falle des Projektionsfokussierverfahrens
das ausgebildete Bild telezentrisch ist, kann das Mikroplättchen 13 in Fiy. 1 als
Bild des ;dikroplättchens betrachtet werden. bei dem optischen Abtastsystem nach
Fig. 1 ist der Fokussierzusammenhang für den Abtastpunkt folgender: Wenn in Fig.
1 das System von einem Abtastungs-Punkt 34 her zu dem Polygonaldrehspiegel hin zurückverfolgt
wird, so wird der Abtastpunkt zunächst einmal über das Objektiv 11 und die Zwischenlinse
8 an einem Punkt 32 nahe der Feldlinse 6 fokussiert und dann wieder über die Zwischenlinse
4 nach Reflexion durch den Polygonaldrehspiegel 3 an einer Stelle bzw. einem Punkt
30 fokussiert. D.h. die Punkte 30, 32 und 34 sind zueinander konjugiert. Wenn der
Durchmesser des Laser-Punkts an der Stelle bzw. dem Punkt 30 ist und die Fokussiervergrößerung
vom Punkt 30 zum Punkt 34 ß ist, ist daher der Durchmesser des Abtastpunkts am Punkt
34 durch ß 0 gegeben.
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Zusammen mit den vorstehend beschriebenen Konjugationszusammenhang
für den Abtaststrahl an einer tatsächlichen Objektfläche ist die Fokussierlage bzw.
Fokussier-
bedingung der Pupille des optischen Systems nach Fig.
1 von Bedeutung. Die Pupille des Objektivs 11 ist bei 10 dargestellt; ein Punkt
33 an der optischen Achse, der der Mittelpunkt der Pupille 10 ist,und ein Reflexionspunkt
31 an dem Polygonaldrehspiegel 3 sind zueinander konjugiert.
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Daher kann bei Betrachtung in Blickrichtung des Eintritts des Laserstrahls
in das Objektiv die Anordnung gemäß Fig. 1 als genau äquivalent zu dem Fall bezeichnet
werden, bei dem der Polygonaldrehspiegel in der Lage der Pupille 10 angeordnet ist.
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Zur Verdeutlichung des optischen Systems nach Fig.1 muß die Funktion
des Objektivs erläutert werden. Die Fig.2 veranschaulicht das Wirkungsprinzip des
Objektivs. Das Objektiv ist telezentrisch ausgelegt. Als telezentrisches Objektiv
ist ein Objektiv bezeichnet, das in Ubereinstimmung mit der Lage der Pupille ist,
die der Ort ist, an dem das Ausmaß des durch das Objektiv geführten Lichtstrahlenbündels
festgelegt wird. Der durch die Mitte der Pupille gelangende Strahl ist der die Mittellinie
des Lichtstrahlenbündels bildende Strahl und wird daher Hauptstrahl genannt. Da
die Mitte der Pupille im Brennpunkt des Objektivs steht, wird der flauptstrahl nach
Durchlaufen des Objektivs zur optischen Achse des Objektivs parallel und trifft
senkrecht auf die Oberfläche eines Objekts auf.
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Wenn der senkrecht auftreffende Strahl auf einen Bereich des Objekts
trifft, der eine Spiegelreflexion hervorruft, wird der Strahl reflektiert und läuft
auf dem Eintrittsweg zurück, wobei er durch das Objektiv hindurch und zurück zur
Mitte der Pupille gelangt. Wenn andererseits an dem Teilbereich, an dem das Licht
auftrifft, ein Muster vorhanden ist, wird an einem das Muster bildenden Grenzlinienbereich
das Licht gestreut. Bezeichnet man den Grenzlinienbereich generell als Rand, so
kehrt das an dem Rand gestreute Licht im Gegensatz zu dem Fall der Spiegel-
fldchenreflexion
nicht auf seinem Eintrittsweg zurück.
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Daher läuft das Streulicht nicht mehr durch die Mitte der Pupille,
wenn es vom Objektiv erfaßt wird und durch die Pupille hindurch geleitet wird. Dies
zeigt, daß bei Beobachtung des über das Objektiv geführten reflektierten Lichts
die Spiegelfächen-Reflexionslichtkomponente und die Streulichtkomponente in der
Pupille räumlich getrennt sind.-Die Fig. 3 veranschaulicht die Art und Weise dieser
Trennung. In dieser Fig. ist das Strahlenbündel der an der Spiegelfläche reflektierten
Komponente, die in die Pupille eintritt, das Objektiv durchläuft und wieder durch
die Pupille hindurchgelangt, durch Schraffierung dargestellt, während das Streulicht,
das wieder von dem Objektiv erfaßt werden kann, durch Punktierung dargestellt ist.
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Der Durchmesser des an den Teilbereich der Spiegelflächenreflexion
wirksamen Lichtstrahlenbündels wird normalerweise auf einen hinreichend kleinen
Wert in Bezug auf den Durchmesser der Pupille gewählt, um wirkungsvoll das Streulicht
aufzunehmen; normalerweise ist ein Durchmesserverhältnis in dem Bereich von ungefähr
0,1 bis ungefähr 0,7 erwünscht.
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Zur Betrachtung des optischen Systems zur fotoelektrischen Erfassung,
das von dem Strahlenteiler 7 weg zu einem Fotodetektor 18 hin abzweigt, wird wieder
auf Fig 1 Bezug genommen. In Eig. 1 bezeichnet 14 eine Fokussierlinse zur Fokussierung
der Pupille 10 des Objektivs 11. Mit 15 ist ein Filter bezeichnet, das das Licht
für die fotoelektrische Erfassung durchläßt, jedoch im wesentlichen Licht eines
anderen Wellenlängenbereichs abfängt, wie beispielsweise das Licht in dem für das
optische Betrachtungssystem verwendeten Wellenlängenbereich. Mit 16 ist die Stelle,
an der durch die auf die Pupille fokus-
sierte Fokussierlinse 14
das Bild der Pupille 10 ausgebildet ist, sowie eine dort angebrachte Lichtabfangplatte
16 bezeichnet, die nur das Streulicht durchläßt, das nicht gestreute Licht jedoch
abhält. Das durch die Lichtabfangplatte 16 hindurchgelangende Streulicht wird mittels
einer Kondensorlinse 17 auf dem Fotodetektor 18 konzentriert. Daher stehen die Pupille
10, die Lichtabfangplatte 16 und der Fotodetektor 18 in gegenseitiger Konjugation.
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Die Lichtabfangplatte kann in einfacher Weise dadurch hergestellt
werden, daß unter Verwendung eines Materials wie Metall oder Ausziehtusche auf ein
durchsichtiges Glassubstrat ein Muster aufgebracht wird. Auf diese Weise gibt dieses
fotoelektrische Erfassungssystem zur Erfassung des Streulichts nur dann ein Ausgangssignal
ab, wenn der Abtastpunkt an den Randbereich des Musters kommt.
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Wenn das Muster als an der Maske bzw. dem Mikroplättchen dargestellte
Ausrichtmarken anzusehen ist, kann eine relative Lageabweichung zwischen Maske und
Mikroplättchen aus dem Ausgangssignal abgeleitet werden. Entsprechend der erfaßten
Abweichung kann zum Herbeiführen der Selbstausrichtung die Lagebeziehung zwischen
Maske und Mikroplättchen mittels eines nicht gezeigten Stell systems korrigiert
werden.
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Ferner sind gemäß Fig. 1 ein Betrachtungs-Beleuchtungssystem 19 bis
21, 9 und 11 sowie ein Betrachtungssystem 22 bis 24, 5, 6, 8 und 11 vorgesehen.
Bei dem Beleuchtungssystem bezeichnet 19 eine Lichtquelle und 20 eine Kondensorlinse,
die das Bild der Lichtquelle an der Pupille des Objektivs ausbildet und zum Herbeiführen
der sogenannten Köhlerschen Beleuchtung dient. Mit 21 ist ein Filter bezeichnet,
das eine Wellenlänge im unempfindlichen Bereich von Fotolack durchläßt, der auf
das auszurichtende Mikroplättchen aufgetragen ist. Das Filter 21 muß manchmal einen
minimalen Durchlaß für das Licht mit der fotoelek-
trisch erfaßten
Wellenlänge haben, damit kein übermäßig starkes Licht zu dem fotoelektrischen Detektorsystem
bzw, Erfassungssystem gelangt; das Filter kann jedoch in geeigneter Weise unter
Berücksichtigung des Filters 15 gewählt werden. Das Bild der Beleuchtungs-Lichtquelle
19 wird auf der Brennebene (bzw. der Ebene der Pupille 10) des telezentrischen Objektivs
11 abgebildet, so daß es mittels des Objektivs 11 kollimiert wird und die Maske
12 sowie das Mikroplättchen 13 beleuchtet. Bei dem Betrachtungssystem bezeichnet
22 eine Umkehrlinse zur Vorwärtsdrehung bzw. Aufrichtung des Bilds, 23 ein Filter
zur Abschwächung des fotoelektrisch erfaßten Lichts, d.h. im einzelnen des Lichts
des Laserstrahls in Fig. 1, und 24 ein Okular.
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Bei dieser beschriebenen Ausricht-Einrichtung ist die Größe des Lichtpunkts
an der Maske und dem Mikroplättchen konstant, so daß daher die notwendige Auflösung
nicht erzielbar ist, wenn im Vergleich zu der an der Maske und dem Mikroplättchen
angebrachten Ausrichtmarke der bei dieser Einrichtung gebildete Lichtpunkt beispielsweise
zu groß oder zu klein ist. Deshalb wird bei der erfindungsgemäßen Lichtabtastvorrichtung
die Größe aieses Lichtpunkts veränderbar gemacht. Hierbei muß beachtet werden, daß
es nicht möglich ist, in dem gemeinsamen optischen System 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
ein optisches Element zur hinderung der Größe des Lichtpunkts anzuordnen.
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Da das optische Betrachtungssystem schon auf die Maske fokussiert
ist, ist es nicht möglich, eine Veränderung an diesem System vorzunehmen. Aus diesem
Grund wird bei der Lichtabtastvorrichtung ein optisches Element zur Veränderung
der Größe des Lichtpunkts in dem nicht gemeinsamen Teil des optischen Abtastsystems
angeordnet. Im einzelnen wird ein optisches Element so angeordnet, daß die Größe
des Abtastpunkts am Ort des Punkts bzw. der Ebene 30 ver-
ändert
wird, die mit der abgetasteten Fläche bzw. dem Abtastungs-Punkt 34 konjugiert ist.
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In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Lichtabtastvorrichtung
gezeigt. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 weist als Merkmal auf, daß die Kondensorlinse
2, die an der Stelle bzw. dem Ort 30 das von dem Laser abgegebene Licht zusammenfaßt,
zur Veränderung des Strahlenbündeldurchmessers ausgetauscht wird. Wenn das auf die
Linse auftreffende Laserstrahlenbündel ein Parallelstrahlenbündel mit gleichförmiger
Intensitätsverteilung ist, kann der Durchmesser d des Laserstrahl-Punkts an der
Stelle 30 zu d = 2,44 # f D angegeben werden, wobei D der Durchmesser des Parallelstrahlenbündels
ist, f die Brennweite der Linse ist und % die Wellenlänge der Lasrestrahlen ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 sind D und > festgelegt, so daß die Gleichung
einer änderung des Abtastpunkt-Durchmessers d durch Änderung der Brennweite f entspricht.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ergibt ein Austausch der Linse eine Änderung
des wirksamen Durchmessers an der Oberfläche des Polygonaldrehspiegels. Der wirksame
Durchmesser in der Nähe des Punkts 31 ist in Fig. 4A größer als in Fig. 4B. Wie
schon ausgeführt wurde, ist der Punkt 31 mit der Pupille 10 konjugiert, welche wiederum
mit der Lichtabfangplatte 16 konjugiert ist. Daher ist der Punkt 31 mit der Lichtabfangplatte
16 konjugiert. Eine Änderung des wirksamen Durchmessers am Punkt 31 betrifft daher
direkt die Größe des Durchmessers des nicht gestreuten Lichtstrahlenbündels am Ort
der Lichtabfangplatte 16.
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Zur Steigerung der Wirksamkeit bei der Abnahme des Streulichts ist
es anzustreben, die Abschirmung des nicht gestreuten Lichts auf einem notwendigen
Minimum zu halten; daher ist manchmal ein Austausch der Lichtabfangplatte
zugleich
mit dem Austausch der Kondensorlinse wirkungsvoll.
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Wenn ein notwendiger ausreichender Signalpegel erzielt wird, kann
der Durchmesser des Lichtabfangbereichs der Lichtabfangplatte entsprechend der Linse
festgelegt werden, die von den auszutauschenden Linsen den größten wirksamen Durchmesser
hat. Als Verfahren für den Linsenaustausch bzw. -wechsel können verschiedene Verfahren
in Betracht gezogen werden, wie das Revolververfahren, das Einsetzverfahren und
dgl..
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Die Fig. 5 zeigt ein Strahldurchmesseränderungssystem, bei dem ein
Linsenbewegungs- bzw. Linsenstellverfahren Anwendung findet. Bei den in Fig. 4 gezeigten
Linsenauswechselsystem besteht ein Problem hinsichtlich einer Abweichung der optischen
Achse, das sich aus der Fokussierung auf den Punkt bzw. die Stelle 30 und letztlich
aus dem Auswechseln ergibt. Das System nach Fig. 5 soll eine Unschärfe an dem Abtastpunkt
herbeiführen, wobei äquivalent durch einfaches Vor- und Zurückbewegen der Kondensorlinse
2 der Abtastpunktdurchmesser verändert wird und eine zweckdienliche Defokussierung
erfolgt. Der kleinste Abtastpunktdurchmesser wird in diesem Fall dann erzielt, wenn
das einfallende Licht ein Parallelstrahlenbündel ist und der Brennpunkt der Kondensorlinse
2 mit dem Punkt 30 zusammenfällt, wie es in Fig. 5A gezeigt ist. Zur Vergrößerung
des Punktdurchmessers wird die Kondensorlinse 2 zurück- oder vorbewegt; wenn eine
geometrische Naherung festgelegt wird, kann die Linse 2 um einen Abstand Fd bewegt
werden, wenn F die F-Zahl der Linse 2 ist und d der gewünschte Abtastpunktdurchmesser
ist.
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Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zur Veränderung
des Abtastpunktdurchmessers das Zoomlinsenverfahren angewandt wird. Das Konzept
bei diesem System ist gleichartig zu demjenigen bei der Ausführungsform nach
Fig.
4; bei dem System wird die Brennweite f eines Gesamtlinsensystems durch Veränderung
des Abstands zwischen Linsen 40 und 41 verändert und dadurch der Abtastpunktdurchmesser
d gemäß der Gleichung 2,44 Af/D verändert.
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Mit diesem System ist es möglich, den Abtastpunktdurchmesser kontinuierlich
zu verändern.
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Mittels des Linsenaustauschsystems, des Defokussiersystems oder des
Zoom-Systfflns gemäß der vorangehenden Beschreibung kann in einfacher Weise dispers
oder kontinuierlich der Abtastpunktdurchmesser an der Maske und dem Mikroplättchen
verändert werden, die die Objetflächen darstellen. Folglich kann ein Punktdurchmesser
verwendet werden, der der Größe bzw. den Ausmaßen des Musters des Halbleiterelements
oder der integrierten Schaltung entspricht, die herzustellen sind; dies steigert
die Anpassungsfähigkeit der Einrichtung und ermöglicht die Anwendung der Selbstausrichtung
ohne Änderung des bekannten Elementeherstellungsprozesses.
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Mit der Erfindung ist eine Lichtabtastvorrichtung geschaffen, mit
der eine abzutastende Oberfläche mittels eines Lichtpunkts veränderbarer Größe abgetastet
wird und dabei die abgetastete Fläche ohne Parallaxe betrachtet werden kann. Zur
Ausschaltung der Parallaxe ist ein Teil eines optischen Systems zur Ausbildung des
Lichtpunkts mit einem Teil eines optischen Betrachtungssystems gemeinsam. In einem
Teil des optischen Lichtpunkt-Ausbildungssystems, der nicht mit dem optischen Betrachtungssystem
gemeinsam ist, ist ein optisches System zur Veränderung der Größe des Lichtpunkts
angebracht. Auf diese Weise ist die Größe des Lichtpunkts unabhängig vom optischen
Betrachtungssystem veränderbar.
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