DE3538062A1 - Lagemesseinrichtung - Google Patents

Description

TeDTKE - BüHLING - KlNNE - GkUPE SSSSSwSSS

r\ f* O Dipl.-lng. H.Tiedtke

FtLLMANN - ÜRAMS - OTRUIF AL

Dipl.-Chem. G. Bühling Dipl.-lng. R. Kinne Dipl.-lng. R Grupe Dipl.-lng. B. Pellmann Dipi.-Ing. K Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent München 25. Oktober 1985

DE 5268

Canon Kabushiki Kaisha Tokio, Japan

Lagemeßeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lagemeßeinrichtung und insbesondere auf eine Einrichtung für das optische Ermitteln der Lage eines Objekts. In anderer Hinsicht bezieht sich die Erfindung auf eine Abstands-Meßeinrichtung, mit der die Lage eines Objekts in bezug auf eine vorbestimmte Bezugsstelle ermittelt wird, um damit den Abstand zwischen der Bezugsstelle und dem Objekt zu messen.

Es wurden derartige Lage- bzw. Abstandsmeßeinrichtungen vorgeschlagen, zu denen Scharfeinstellungs-Meßsysteme für die automatische Scharfeinstellung an optischen Speichern zählen. Eine solche Lage- bzw. Abstandsmeßeinrichtung ist beispielsweise derart gestaltet, daß auf ein Untersuchungsobjekt Meßlichtstrahlen projiziert werden und de-r-Erfassung des Scharfeinstellungszustands der Meßlichtstrahlen bezüglich des Objekts ein Objektiv für das Bestrahlen des Objekts mit den Meßlichtstrahlen versetzt wird, bis die Meßlichtstrahlen richtig auf dem Objekt fokussiert sind. Aus dem Ausmaß der Versetzung des

Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Bayer. Vereinsbank (München) KtO 508 941 Postscheck (München) Kto. 670-43-804

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Objektivs werden die Lage des Objekts in bezug auf eine vorbestimmte Bezugsstelle und damit der Abstand zwischen diesen ermittelt. Bei diesem Abstandsmeßsystem ist jedoch eine mechanische Vorrichtung für das Versetzen des Objektivs erforderlich, was zu einem komplizierten Aufbau führt. Ferner wird durch die erforderliche Versetzung des Objektivs das Verkürzen der Zeit für die Messung behindert.

Es wurde ferner als anderes Beispiel eine Grenzwinkel-Lagemeßeinrichtung vorgeschlagen, bei der ein Punktlichtstrahlenbündel auf ein Untersuchungsobjekt projiziert wird und das von dem Objekt reflektierte Licht mit einem zweiteiligen Sensor aufgenommen wird, der zwei gesonderte Lichtaufnahmeflächen hat. Da sich die Ausgangssignale dieser beiden Lichtaufnahmeflächen des Sensors in einem im wesentlichen linearen Verhältnis mit der Änderung der Lage des Objekts ändern, wird durch das Verarbeiten der Ausgangssignale des zweiteiligen Sensors die Lage des Objekts ermittelt.

Mit einem solchen System ist eine schnelle Messung mit hoher Genauigkeit erreichbar. Die Linearität zwischen dem

Schärfesignal und der Lage des Untersuchungsobjekts ist 25

jedoch nur innerhalb eines begrenzten Bereichs gewährleistet. Daher ist das Anwendungsgebiet für dieses Meßsystem ziemlich eingeschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagemeß-30

einrichtung zu schaffen, die bei einfachem Aufbau eine sehr schnelle Messung mit hoher Genauigkeit in einem erweiterten Meßbereich gewährleistet.

Weiterhin soll mit der Erfindung eine Lagemeßeinrichtung 35

geschaffen werden, mit der mit hoher Genauigkeit in

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verkürzter Zeit der Abstand zwischen zwei Objekten gemessen werden kann.

Ferner soll mit der Erfindung eine Abstandseinstellvorrichtung für das Einstellen des Abstands zwischen zwei Objekten mit hoher Genauigkeit in verkürzter Zeit geschaffen werden.

,Q Weiterhin soll die Erfindung eine Ausrichtvorrichtung ergeben, mit der eine dreidimensionale Ausrichtung zwischen zwei Objekten gewährleistet ist.

Zur Lösung der Aufgabe hat die erfindungsgemäße Lagemeßeinrichtung für das Ermitteln der Lage eines Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Beleuchtungsvorrichtung zum Erzeugen von Lichtstrahlen für das Bestrahlen des Objekts, eine Fokussiervorrichtung zum Fokussieren der von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebenen Lichtstrahlen, eine Brennpunktlage-Steuervorrichtung für das Ändern der Stelle, an der die Lichtstrahlen von der Fokussiervorrichtung fokussiert werden, eine erste Meßvorrichtung, die die von dem Objekt reflektierten Lichtstrahlen aufnimmt, um den Einfallzustand der

Lichtstrahlen an dem Objekt zu erfassen, und eine zweite 25

Meßvorrichtung für das Ermitteln der Lage des Objekts aus dem mit der ersten Meßvorrichtung erfaßten Einfallzustand der Lichtstrahlen an dem Objekt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs-30

beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung gemäß einem Ausfüh-35

rungsbeispiel.

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Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die das Prinzip einer Brennpunktlagesteuerung mittels einer in der Lagemeßeinrichtung nach Fig. 1 verwendeten Brennpunktlage-Steuervorrichtung veranschaulicht.

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die ein Beispiel

für eine in der Lagemeßeinrichtung nach Fig. 1 ,λ verwendete Schärfezustand-Meßvorrichtung zeigt.

Fig. 4 ist eine grafische Darstellung des Zusammenhangs zwischen einem Schärfesignal und der Lage eines Untersuchungsobjekts.

Fig. 5 ist eine grafische Darstellung von Meßbereichen, die durch das Ändern der Brennpunktlage mittels einer Brennpunktlage-Steuervorrichtung in einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung gebildet sind.

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht eines Hauptteils einer erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung gemäß

einem weiteren Ausführungsbeispiel. 25

Fig. 7 ist eine grafische Darstellung, die die Vorteile der Lagemeßeinrichtung nach Fig. 6 veranschaulicht.

Fig. 8 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für eine automatische Abstandsmessung mit der erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

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Fig. 9 ist ein Ablaufdiagramm der automatischen Abstandsmessung nach Fig. 8.

g Fig. 10 ist ein Ablaufdiagramm einer Abwandlungsform der automatischen Abstandsmessung nach Fig. 8.

Fig. 11 ist eine schematische Ansicht einer Abstandsmeßeinrichtung, bei der eine erfindungsgemäße Lagemeßeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet ist.

Fig. 12 ist eine grafische Darstellung, die schematisch den Zusammenhang zwischen der Lage eines Brennpunkts von zur Messung benutzten Strahlen und der von einer bei der Einrichtung nach Fig. 11 verwendeten Schärfezustand-Meßvorrichtung empfangenen Lichtmenge veranschaulicht.

Fig. 13 ist eine schematische Ansicht einer Abstands-20

meßeinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Fig. 14 ist eine grafische Darstellung des Zusammen-25

hangs zwischen einem Schärfesignal und der von einer Schärfezustand-Meßvorrichtung empfangenen Lichtmenge.

Fig. 15 ist eine schematische Ansicht eines bei einem ^ö

Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lichtmeßeinrichtung für eine Abstandsmeßeinrichtung verwendeten Lichtmengen-Steuersystems.

Fig. 16 ist eine schematische Ansicht eines Lichtmengen-35

Steuerabschnitts des Systems nach Fig. 15.

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Fig. 17 ist eine schematische Ansicht einer Abstandseinstellvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 18 ist eine schematische Ansicht einer Abstandseinstellvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Fig. 19A und 19B sind schematische Ansichten, die jeweils Abstandseinstellmechanismen zeigen, die in der Abstandseinstellvorrichtung nach Fig. 18 verwendbar sind.

Fig. 20 ist eine schematische Ansicht einer Ausrichtvorrichtung für das dreidimensionale Ausrichten zweier Objekte mit einer erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 21 ist eine schematische Ansicht, die die Lagebeziehungen zwischen Richtmarken an zwei Objekten bei deren gegenseitiger Ausrichtung zeigt.

In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Lagemeßeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt.

Gemäß Fig. 1 hat die Lagemeßeinrichtung eine Laserstrahlenquelle 1 für die Erzeugung von Laserstrahlen, eine 30

Kollimatorlinse 2 zur Parallelausrichtung der aus der Laserstrahlenquelle 1 abgegebenen Laserstrahlen, einen ersten Kegelspiegel 3 mit einer äußeren konischen Spiegelfläche, einen zweiten Kegelspiegel 4 mit einer

inneren konischen Spiegelfläche, eine Brennpunktlage-35

Steuervorrichtung 5, einen Polarisationsstrahlenteiler 6,

3533062

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eine Viertelwellenlängenplatte 7, eine Sammellinse 8, die die durch die Viertelwellenlängenplatte 7 gelangenden Laserstrahlen konvergiert bzw. fokussiert und die konvergenten Laserstrahlen auf ein zu prüfendes Objekt 9 richtet, eine Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 und eine Verarbeitungseinheit 11. Im einzelnen werden die aus der Laserstrahlenquelle 1 abgegebenen Laserstrahlen mittels der Kollimatorlinse 2 parallel ausgerichtet. Die

₁₍-j parallelen Laserstrahlen fallen auf die Kegelspitze des ersten Kegelspiegels 3, so daß sie in alle Radialrichtungen in einer zu der durch die Kollimatorlinse 2 und die Laserstrahlenquelle 1 bestimmten optischen Achse senkrechten Ebene gespiegelt werden. Diese von dem ersten

j,- Kegelspiegel 3 reflektierten horizontal gerichteten Strahlen werden von der inneren Spiegelfläche des zweiten Kegelspiegels 4 nach unten reflektiert, wodurch ein ringförmiges Laserstrahlenbündel (Strahlenstrom) mit ringförmigem Querschnitt gebildet wird. D.h., der Mittenbereich des ringförmigen Laserstrahlenbündels ist leer.

Das ringförmige Laserstrahlenbündel durchläuft die Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5, den Polarisationsstrahlenteiler 6, die Viertelwellenlängenplatte 7 und die Sammellinse 8, so daß es auf das Objekt 9 fällt. Das auf

_o_ das Objekt 9 fallende Laserstrahlenbündel wird an der Zo

Oberfläche des Objekts 9 reflektiert, so daß es wieder in die Sammellinse 8, die Viertelwellenlängenplatte 7 und den Polarisationsstrahlenteiler 6 eintritt.

Wenn die von der Laserstrahlenquelle 1 abgegebenen und 30

durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 durchgelassenen Laserstrahlen durch die Viertelwellenlängenplatte 7 hindurchlaufen, werden von dieser die linear polarisierten Strahlen in zirkulär polarisierte Strahlen umgesetzt.

Wenn andererseits die von der Oberfläche des Objekts 9 35

zurückgespiegelten zirkulär polarisierten Strahlen auf

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die Viertelwellenlängenplatte 7 treffen, werden von dieser die zirkulär polarisierten Strahlen in linear polarisierte Strahlen mit einer Polarisationsrichtung umgesetzt, die zu derjenigen der ersteren linear polarisierten Strahlen senkrecht ist. Infolgedessen werden die von der Oberfläche des Objekts 9 reflektierten Laserstrahlen durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 zu der Schärfezustand —Meßvorrichtung 10 hin reflektiert.

Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung hinsichtlich der Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5 wird auf die US-Patentanmeldung Nr. 359 034 vom 17. März 1983, die der JP-OS 157213/1982 entspricht, auf die US-Patentanmeldung Nr. 453 161 vom 27. Dezember 1982, die der JP-OS 118618/1983 entspricht, und auf die japanische Patentanmeldung Nr. 119180/1983 bezug genommen.

Als Beispiel für die Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5 bei diesem Ausführungsbeispiel wird nun eine nachstehend als Variolinse bezeichnete, in der genannten japanischen Patentanmeldung Nr. 119180/1983 offenbarte Linse mit veränderbarer Brennweite beschrieben.

__ Die in dieser genannten Patentanmeldung offenbarte 2b

Variolinse hat ein Linsenelement aus einem festen Material mit optischer Anisotropie und eine Vorrichtung zum Ändern der Polarisationsrichtung des auf das Linsenelement fallenden Lichts. Die Fig. 2 zeigt ein derartiges Variolinsensystem. In dieser Figur ist mit 12 eine Polarisierplatte bezeichnet, während mit 13 ein Polarisationsebenen-Drehelement bezeichnet ist, mit 14 eine Doppelbrechungs-Linse bzw. ein Doppelbrechungs-Linsenelement bezeichnet ist, mit 15 eine Spannungsquelle bezeichnet ist und mit 16 ein Schalter bezeichnet ist. Das 35

Polarisationsebenen-Drehelement 13 kann bei dem Errichten

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eines elektrischen Felds die Polarisationsebene des durchgelassenen Lichts drehen. Beispielsweise weist das Polarisationsebenen-Drehelement 13 eine Z-Achsen-Schnittplatte eines KH-PO.-Einkristalls auf, an deren beiden Seiten lichtdurchlässige Elektroden ausgebildet sind.

Die Doppelbrechungslinse 14 ist derart gestaltet, daß die nachstehend als Z-Achse bezeichnete optische Achse des

₍-) Kristalls die Hauptachse der Linse senkrecht schneidet. Die Doppelbrechungslinse 14 wird so angeordnet, daß sich die Z-Achse parallel zur Zeichnungsebene erstreckt. Bei dieser Anordnung zeigt die Doppelbrechungslinse 14 für normale Strahlen einen Brechungsindex η , welcher ein Brechungsindex für die Polarisationsrichtung ist, die zu der Hauptachse der Linse senkrecht und zu der Zeichnungsebene parallel ist, sowie für anormale Strahlen einen anderen Brechungsindex η der ein Brechungsindex für die Polarisationsrichtung ist, die zu der Hauptachse der Lins

ist.

__Λ Linse senkrecht und auch zur Zeichnungsebene senkrecht zu

Wenn bei der Anordnung nach Fig. 2 der Schalter 16 geöffnet ist, tritt das von der Polarisierplatte 12 abgegebene linear polarisierte Licht in die Doppelbrechungslinse 14 ein, ohne daß seine Polarisationsrichtung geändert wird, so daß für das durch die Doppelbrechungslinse 14 hindurchtretende Licht der Brechungsindex η wirksam ist, wodurch das Licht an einer Stelle F1 mit

einer ersten Brennweite f1 fokussiert wird. Dabei ist die 30

Polarisationsrichtung des durch die Doppelbrechungslinse 14 durchgelassenen Lichts die gleiche wie diejenige des in das Polarisationsebenen-Drehelement 13 eintretenden Lichts, nämlich parallel zur Zeichnungsebene. Wenn andererseits der Schalter 16 geschlossen wird, wird durch 5 »

das Polarisationsebenen-Drehelement die Polarisations-

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richtung des in das Element eintretenden Lichts um einen Winkel von 90° gedreht, so daß die Polarisationsrichtung nunmehr zur Zeichnungsebene senkrecht ist. Infolgedessen g wird das aus der Doppelbrechungslinse 14 austretende Licht an einer durch den Brechungsindex η bestimmten Stelle F2 mit einer zweiten Brennweite f2 fokussiert.

Auf diese Weise sind mit einer Kombination aus einem ,Q Polarisationsebenen-Drehelement wie dem Element 13 und einem Doppelbrechungs-Linsenelement wie der Linse 14 zwei Brennweiten f1 und £2 erzielbar. Die Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 enthält N Paare bzw. Sätze aus jeweils einem Polarisap. tionsebenen-Drehelement und einem Doppelbrechungs-Linsenelement, wobei N eine ganze Zahl ist, die größer als "1" ist. Diese Paare aus jeweils einem Polarisationsebenen-Drehelement und einem Doppelbrechungs-Linsenelement gemäß Fig. 2 werden längs der optischen Achse angeordnet, so daß längs der optischen Achse durch das selektive

N N

Einschalten der Drehelemente 2 Brennweiten und damit 2 Brennpunkte festgelegt werden können. Dies erlaubt es, die Laserstrahlen an einem gewählten Brennpunkt von 2

verschiedenen Punkten auf der optischen Achse zu fokussieren.

Als Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5 kann statt der vorstehend beschriebenen Kombination aus dem Polarisationsebenen-Drehelement und dem Doppelbrechungs-Linsenelement ein elektrooptisches Element gemäß der genannten

US-Patentanmeldung Nr. 359 034, das durch das Errichten eines elektrischen Felds die Lichtstrahlen ablenkt, oder eine auf gleichartige Weise betreibbare Flüssigkristallvorrichtung verwendet werden. Die Verwendung eines solchen elektrooptischen Elements ist insofern

vorteilhaft, als es eine stufenlose Einstellung der

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Brennpunktlage erlaubt.

Die Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5 wurde zwar als zwischen dem Kegelspiegel 4 und dem Polarisationsstrahlenteiler 6 angeordnet beschrieben und dargestellt, jedoch besteht keine Einschränkung hierauf. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung zwischen der polarisierenden Viertelwellenlängenplatte 7 und der Sammellinse 8 .Q angeordnet werden. In diesem Fall kann an die Stelle der Sammellinse 8 eine der Doppelbrechungslinsen treten, die als Komponenten der Brennpunktlage-Steuervorrichtung eingesetzt werden.

Anhand der Fig. 1 und 3 bis 5 wird nun ausführlich die Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 für das Ermitteln des Fokussierzustand der Laserstrahlen an dem Objekt 9, nämlich des Einfallzustands der Laserstrahlen an dem Objekt 9 beschrieben.

Die Fig. 3 zeigt für die Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 ein Beispiel, das besonders für die Verwendung mit dem Meßlaserstrahlenbündel mit ringförmigem Querschnitt geeignet ist, wie dem durch die Anordnung nach Fig. 1

gebildeten Laserstrahlenbündel. Gemäß Fig. 3 hat die 25

Meßvorrichtung 10 einen ringförmigen Sensor 17, der in konzentrischer Anordnung ein inneres und ein äußeres ringförmiges fotoelektrisches Wandlerelement D1 bzw. D2 aufweist. Das innere und das äußere Wandlerelement D1 und

D2 sind an einen Differenzverstärker 18 angeschlossen, so 30

daß die Ausgangssignale des inneren und des äußeren Wandlerelements D1 und D2 miteinander verglichen werden, um ein Scharfeinstellungs- bzw. Schärfesignal P zu erzeugen, das der Differenz zwischen den Ausgangssignalen entspricht und das den Zustand der Scharfeinstellung bzw. den Schärfezustand der Laserstrahlen an der Oberfläche

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des Objekts 9 anzeigt.

Im einzelnen wird der ringförmige Sensor 17 so angeordnet, daß dann, wenn das durch die Kombination aus den Kegelspiegeln 3 und 4 gebildete ringförmige Laserstrahlenbündel richtig auf der Oberfläche des Objekts 9 (gemäß Fig. 1) fokussiert wird, das von der Oberfläche des Objekts 9 und von dem Polarisationsstrahlenteiler 6

iQ reflektierte ringförmige Laserstrahlenbündel an dem ringförmigen Sensor 17 auf einen Bereich desselben über der kreisförmigen Grenze zwischen dem inneren und dem äußeren fotoelektrischen Wandlerelement D1 bzw. D2 fällt. Vorzugsweise wird in diesem Fall das ringförmige Laser-

j. strahlenbündel auf einen an die kreisförmige Grenze angrenzenden Teil des inneren fotoelektrischen . Wandlerelements D1 und auf einen an die gleiche kreisförmige Grenze angrenzenden Teil des äußeren fotoelektrischen Wandlerelements D2 gerichtet, wobei diese Teile im

wesentlichen die gleiche Fläche haben. Daher werden die 20

Ausgangssignale des inneren und des äußeren Wandlerelements D1 und D2 einander im wesentlichen gleich, so daß in diesem Fall von dem Differenzverstärker 18 als Schärfesignal P ein Ausgangssignal "0" abgegeben wird.

D.h., das Erzeugen des Schärfesignals P "0" zeigt an, daß 25

die Oberfläche des Objekts 9 genau in dem Brennpunkt des zu diesem Zeitpunkt von der Lagemeßeinrichtung gebildeten ringförmigen Laserstrahlenbündels liegt. Falls andererseits das von der Sammellinse 8 konvergierte ringförmige

Laserstrahlenbündel an einer nach Fig. 1 oberhalb des 30

Objekts 9 gelegenen Stelle fokussiert wird, wird im Vergleich zum Durchmesser des aus der Sammellinse 8 zu dem Objekt 9 hin austretenden ringförmigen Laserstrahlenbündels der Durchmesser des von der Oberfläche des

Objekts 9 reflektierten und auf die Sammellinse 8 35

fallenden ringförmigen Laserstrahlenbündels vergrößert.

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Daher wird das aus der Sammellinse 8 zu dem Polarisationsstrahlenteiler 6 zurück gesendete ringförmige Laserstrahlenbündel geringfügig konvergent, so daß auf g den ringförmigen Sensor 17 ein ringförmiges Laserstrahlenbündel mit verringertem Durchmesser fällt. Infolgedessen steigt das Ausgangssignal des inneren fotoelektrischen Wandlerelements D1 an, wogegen das Ausgangssignal des äußeren fotoelektrischen Wandlerelements D2 abfällt. Falls im Gegensatz dazu das auf das Objekt 9 gerichtete ringförmige Laserstrahlenbündel an einer gemäß Fig. 1 unterhalb des Objekts 9 gelegenen Stelle fokussiert werden sollte, wird im Vergleich mit dem Durchmesser des aus der Sammellinse 8 zu dem Objekt 9 hin austretenden ringförmigen Laserstrahlenbündels der Durchmesser des von der Oberfläche des Objekts 9 reflektierten und auf die Sammellinse 8 fallenden ringförmigen Laserstrahlenbündels verringert. Infolgedessen wird das aus der Sammellinse 8 zu dem Polarisa-

tionsstrahlenteiler 6 zurückgesendete ringförmige 20

Laserstrahlenbündel geringfügig divergent, so daß auf den ringförmigen Sensor 17 ein ringförmiges Laserstrahlenbündel mit vergrößertem Durchmesser fällt. Daher steigt das Ausgangssignal des äußeren fotoelektrischen

Wandlerelements D2 an, wogegen das Ausgangssignal des 25

inneren fotoelektrischen Wandlerelements D1 abfällt. Auf diese Weise ändert sich der Durchmesser des auf den ringförmigen Sensor 17 fallenden ringförmigen Laserstrahlenbündels proportional zu Änderungen der Lage der Oberfläche des Objekts 9 in bezug auf den Brennpunkt des auf das Objekt 9 gerichteten ringförmigen Laserstrahlenbündels, solange die Oberfläche des Objekts 9 innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. D.h., das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 18 ändert sich proportional zur

Änderung der Lage der Oberfläche des Objekts 9, falls 35

dieses in dem bestimmten Bereich liegt. Der Zusammenhang

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zwischen der Lage des Objekts 9 und dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers 18 ist in der Fig. 4 dargestellt. Aus der Fig. 4 ist auch ersichtlich, daß durch g das Prüfen des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 18, nämlich des Schärfesignals P die Lage des Objekts 9 und damit der Abstand der Oberfläche des Objekts 9 von einer vorbestimmten Bezugsstelle ermittelt werden kann. Der lineare Bereich in der grafischen Darstellung in Fig. 4 entspricht dem Bereich, in dem die Ermittlung ausgeführt werden kann.

Aufgrund des vorstehend beschriebenen Meßprinzips gewährleistet die Lagemeßeinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Ermittlung der Lage des Objekts in einem beträchtlich erweiterten Meßbereich. Dies wird ausführlich anhand der Fig. 5 erläutert.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung wird der Meßbereich dadurch erweitert, daß mittels der Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5 auf die vorangehend beschriebene Weise aufeinanderfolgend die Lage des Brennpunkts für das auf das Objekt 9 gerichtete ringförmige Laserstrahlenbündel verändert wird. Im einzelnen werden durch das aufeinanderfolgende Ändern der Brennpunktlage für das auf das Meßobjekt gerichtete ringförmige Laserstrahlenbündel mehrere Meßbereiche, wie beispielsweise Bereiche 1 bis 3 gemäß Fig. 5 gebildet. Vorzugsweise werden die Komponenten der Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5 derart gestaltet, daß nebeneinander-

liegende Grenzen von zwei benachbarten Bereichen miteinander übereinstimmen oder diese beiden benachbarten Bereiche einander teilweise überlappen, um dadurch einen einzigen durchgehenden Meßbereich zu bilden. Es können

natürlich auch benachbarte Bereiche der mehreren Meßbe-35

reiche voneinander geringe Abstände haben. In einem jeden

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Fall wird im Vergleich zu dem Fall, daß die Lage des Brennpunkts für die Meßlaserstrahlen festgelegt ist, der Meßbereich beträchtlich erweitert. Während ferner gewöhnlich die Meßempfindlichkeit zu dem Ausmaß des Meßbereichs gegenläufig ist, kann bei der erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung unabhängig von einer Erweiterung des Meßbereichs eine hohe Meßempfindlichkeit aufrechterhalten werden.

Die Verwendung des ringförmigen Laserstrahlenbündels für die Lagemessung ist insofern vorteilhaft, als damit die Auswirkungen von verschiedenartigen Abbildungsfehlern unterdrückt werden, da nur ein kleiner Teil der Sammel-_1P-linse genutzt wird. Dies stellt jedoch keine Einschränkung dar, so daß beispielsweise für das Messen der Lage des Objekts ein Punktstrahlenbündel benutzt werden kann. In diesem Fall wird der in Fig. 3 gezeigte ringförmige Sensor 17 durch einen kreisförmigen Sensor mit einem

inneren kreisförmigen fotoelektrischen Wandlerelement und zu

einem äußeren ringförmigen fotoelektrischen Wandlerelement ersetzt. Ferner kann für die Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 irgendein bekannter Flächensensor mit Anordnungen von Ladungskopplungsvorrichtungen (CCD) oder

__ anderen Bildaufnahmevorrichtungen eingesetzt werden. 25

Anhand der Fig. 6 wird nun eine Lagemeßeinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Dieses Ausführungsbeispiel ist eine geringfügige Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 und weist ohne Darstellung in der Fig. 6 eine Laserstrahlenquelle, eine Kollimatorlinse, einen ersten und einen zweiten Kegelspiegel und eine Brennpunktlage-Steuervorrichtung auf,

die alle im wesentlichen die gleichen Funktionen wie die

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entsprechenden Elemente bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 haben. Ferner enthält die Einrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 einen Polarisationsstrahlenteiler 6, eine Polarisierplatte 7, eine Sammellinse 8, eine Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 und eine nicht gezeigte Verarbeitungseinheit, die alle auch gleichartige Funktionen wie die entsprechenden Elemente des ersten Ausführungsbeispiels haben. Das unterschiedliche Merkmal ,Q dieses zweiten Ausführungsbeispiels gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein Lichtsperrelement 19, das an dem Lichtweg bzw. auf der optischen Achse angeordnet ist.

p. Wenn die Oberfläche des Meßobjekts an einer in Fig. 6 mit 9a bezeichneten Stelle liegt und das ringförmige Laserstrahlenbündel genau auf der Oberfläche des Objekts an dieser Stelle fokussiert wird, fällt gemäß der vorangehenden Beschreibung das von der Oberfläche des Objekts reflektierte ringförmige Laserstrahlenbündel auf einen vorbestimmten Bereich der Schärfezustand-Meßvorrichtung 10. Falls andererseits die Oberfläche des Objekts geringfügig von der in Fig. 6 mit 9a bezeichneten Stelle nach unten abweicht, ist das von der Oberfläche des

__ Objekts reflektierte unä von der Sairmellinse 8 durchgelassene 25

Laserstrahlenbündel etwas konvergent. Daher ist die Einfallstelle des Laserstrahlenbündels an dem Fotodetektor der Meßvorrichtung 10 versetzt, so daß sich daher die Größe des Schärfesignals entsprechend ändert.

Falls jedoch die Oberfläche des Objekts an einer (in Fig.

6 beispielsweise mit 9b bezeichneten) Stelle liegt, die von dem Brennpunkt der Laserstrahlen in der von der Sammellinse 8 weg weisenden Richtung weit abliegt, werden

die von der Oberfläche des Objekts reflektierten und 35

durch die Sammellinse 8 durchgelassenen Laserstrahlen

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beträchtlich konvergiert. In diesem Fall ist es abhängig von der Lage des Objekts möglich, daß die Laserstrahlen zunächst einmal an einer bestimmten Stelle auf dem

5 optischen Weg zwischen der Sammellinse 8 und dem Fotodetektor der Meßvorrichtung 10 fokussiert werden und dahinter divergieren und daß diese divergenten Laserstrahlen auf die Meßfläche des Fotodetektors bzw. Fotosensors an einem Bereich auftreffen, der gleich dem ..Q vorstehend beschriebenen vorbestimmten Bereich ist, auf den die richtig auf der Oberfläche des Objekts fokussierten und von diesem reflektierten Laserstrahlen fallen würden. D.h., obwohl das Objekt außerhalb des zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Lagemeßvorgangs festge-

_ legten Meßbereichs der Lagemeßeinrichtung liegt, ist es in manchen Fällen möglich, daß die Meßlaserstrahlen, die zunächst einmal an eine Stelle zwischen der Sammellinse 8 und dem Objekt 9 weit von der Oberfläche des Objekts entfernt fokussiert und dann von der Oberfläche des

Objekts reflektiert werden, nach dem Konvergieren an 20

einer Stelle auf denjenigen Bereich der Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 fallen, der gleich dem vorbestimmten Bereich derselben ist, auf den die von der Oberfläche des Objekts reflektierten Laserstrahlen fallen würden, falls

die Laserstrahlen richtig auf der Oberfläche des Objekts 25

fokussiert wären.

Falls dies eintrifft, würde von der Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 ein falsches Signal abgegeben werden.

Ein solches Signal ist nachteilig. Ein derartiges 30

unerwünschtes falsches Signal ist in der Fig. 7 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. In dieser Figur ist mit einer ausgezogenen Linie das Schärfesignal gezeigt, das aus der Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 in dem Fall

erhalten wird, daß das Objekt in dem während des Lage-35

meßvorgangs zu einem bestimmten Zeitpunkt festgelegten

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Meßbereich liegt. Der dem Ausgangssignal "0" der Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 entsprechende Koordinatenursprung zeigt an, daß die Meßlaserstrahlen genau auf g der Oberfläche des Meßobjekts fokussiert werden. Die linke Richtung entlang der Abszissenachse entspricht einer Lageabweichung des Meßobjekts in der von der Sammellinse 8 weg weisenden Richtung. Aus der Fig. 7 ist ersichtlich, daß eine Folge von gemäß der Darstellung durch die gestrichelte Linie in Wirklichkeit falschen Schärfesignalen erzeugt wird, obgleich das Objekt außerhalb des zu diesem Zeitpunkt während des Lagemeßvorgangs festgelegten Meßbereichs liegt.

₁₍- Im Hinblick darauf ist das Lichtsperrelement an einer Stelle angebracht, die im wesentlichen auf der optischen Achse liegt und an der wirkungsvoll die vorstehend beschriebenen konvergenten Laserstrahlen abgefangen werden, die die falsche Lageinformation enthalten. Da der Konvergenzpunkt dieser Laserstrahlen grob aus den bestehenden Eigenschaften des optischen Systems abgeschätzt werden kann, wird das Lichtsperrelement 19 vorzugsweise in der Nähe des Konvergenzpunkts angeordnet. Dadurch werden die in der Nähe der optischen Achse verlaufenden

Strahlen wirkungsvoll abgefangen, so daß daher das in 25

Fig. 7 durch die gestrichelte Linie dargestellte falsche Signal überdrückt wird. Die Größe und Anordnung des Lichtsperrelements werden natürlich so festgelegt, daß der Verlauf der von dem Polarisationsstrahlenteiler auf

das Objekt gerichteten und von dem Objekt zurückgespie-30

gelten nutzbaren Meßlaserstrahlen nicht gestört wird.

Das Prinzip der Lagemessung mit der Lagemeßeinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wird nun anhand

der Fig. 8 ausführlicher beschrieben. In dieser Figur 35

sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 die

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entsprechenden Elemente bezeichnet. In Fig. 8 sind mit 20 ringförmige Strahlenbündel bezeichnet, die von der Sammellinse 8 jeweils entsprechend Brennpunkten P1 bis P3 geformt werden, welche aufeinanderfolgend durch die Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5 bestimmt werden (Fig. 1). Ferner sind mit A1 bis A3 jeweils den Brennpunkten P1 bis P3 entsprechende Meßbereiche bezeichnet.

Gemäß der Beschreibung anhand der Fig. 4 und 5 ist in jedem der Meßbereiche A1 bis A3 ein zufriedenstellend linearer Zusammenhang zwischen der Lage des Meßobjekts und dem Schärfesignal gewährleistet. Infolgedessen kann durch das aufeinanderfolgende Ändern des Brennpunkts _ mittels der Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5 (Fig. 1) wie beispielsweise in der Aufeinanderfolge von dem Brennpunkt P1 bis zu dem Brennpunkt P3, wodurch aufeinanderfolgend die Meßbereiche in der Aufeinanderfolge von dem Bereich A1 bis zu dem Bereich A3 bestimmt werden,

jeweils ein optimaler Brennpunkt mit einem optimalen 20

Meßbereich festgelegt werden, der für das Ermitteln der Lage des Objekts 9 am besten geeignet ist.

Wenn die Ausgangssignale des inneren und des äußeren

fotoelektrischen Wandlerelements D1 und D2 nach Fig. 3 Zo

mit D1 bzw. D2 bezeichnet werden, kann das aus dem Differenzverstärker 18 erzielbare Schärfesignal P als Signal F ausgedrückt werden, welches durch Normieren des Differenzsignals (D2 - D1) mit einem Intensitätssignal

(D2 + D1) erhalten wird, nämlich durch: 30

F = (D2 - D1) / (D2 + D1) (1)

Wenn der Brennpunkt für das ringförmige Laserstrahlenbündel in der Aufeinanderfolgen von dem Brennpunkt P1 bis 35

zu dem Brennpunkt P3 gemäß Fig. 8 geändert wird, hat das

3533062

-27- DE 5268

von der Oberfläche des Objekts 9 reflektierte ringförmige Laserstrahlenbündel 20 bei dem Auftreffen auf die Oberfläche der Sammellinse 8 einen erweiterten Durchmesser, g solange der Brennpunkt zwischen der Sammellinse 8 und dem Objekt 9 liegt, nämlich beispielsweise der Brennpunkt P1 oder P2 ist. Infolgedessen wird das auf die Sammellinse 8 fallende ringförmige Laserstrahlenbündel durch diese etwas konvergiert, so daß auf die nachfolgend auch als Ringsensoren bezeichneten fotoelektrischen Wandlerelemente D1 und D2 ein ringförmiges Laserstrahlenbündel fällt, das im Vergleich zu dem bei der Übereinstimmung des Brennpunkts P1 oder P2 mit der Lage des Objekts 9 gebildeten Strahlenbündel einen verringerten Durchmesser hat. Demnach ergibt sich aus der Gleichung (1), daß das Schärfesignal F kleiner als "0" ist, nämlich F < 0 gilt.

Falls andererseits der zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Lagemeßvorgangs bestimmte Brennpunkt an der

von der Sammellinse 8 abgewandten Seite des Objekts 9 20

liegt, wie z.B. der Brennpunkt P3, hat das von der Oberfläche des Objekts 9 reflektierte ringförmige Laserstrahlenbündel bei dem Auftreffen auf die Oberfläche der Sammellinse 8 einen verringerten Durchmesser. Infolge-

__ dessen wird das ringförmige Laserstrahlenbündel durch die 25

Sammellinse 8 etwas divergiert, so daß auf die Ringsensoren D1 und D2 ein ringförmiges Laserstrahlenbündel fällt, das im Vergleich zu dem bei der Obereinstimmung des Brennpunkts P3 mit der Lage des Objekts 9 gebildeten

Strahlenbündel einen erweiterten Durchmesser hat. Damit 30

ergibt sich aus der Gleichung (1), daß das Schärfesignal F größer als "0" wird, nämlich F > 0 gilt.

Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß sich die

Polarität bzw. das Vorzeichen des Schärfesignals F 35

ändert, wenn der Brennpunkt für die Laserstrahlen von

-28- DE 5268

einer Stelle (wie die des Brennpunkts P2), die an der der Sammellinse zugewandten Seite des Objekts 9 und dem Objekt 9 am nächsten liegt, zu einer anderen Stelle (wie diejenige des Brennpunkt P3) versetzt wird, die an der von der Sammellinse 8 abgewandten Seite des Objekts 9 und dem Objekt 9 am nächsten liegt. Daher können durch aufeinanderfolgendes Ändern der Brennpunktlage für das ringförmige Laserstrahlenbündel 20 und durch das jQ Ermitteln der Polarität des Schärfesignals F diese beiden Stellen ermittelt werden. Mindestens eine dieser beiden Stellen ist die optimale Brennpunktlage, die einen optimalen Meßbereich bestimmt, der für die Ermittlung der Lage des Objekts 9 am besten geeignet ist.

Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel wird zwar die Brennpunktlage in der Aufeinanderfolge von der Sammellinse 8 zu dem Objekt 9 geändert, jedoch kann die Änderung in umgekehrter Richtung erfolgen. Vorzugsweise wird die Brennpunktlage-Steuervorrichtung für das Bestimmen dieser Brennpunkte in der Weise gestaltet, daß ein einziger durchgehender Meßbereich gebildet wird, bei dem die einander zugewandten Grenzen von zwei benachbarten Teilmeßbereichen zusammenfallen, damit der Zusammen-._ hang gewährleistet ist. Zwei benachbarte Teilmeßbereiche können natürlich auch einander überlappen. Während bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel als Schärfesignal F ein normierter Wert eingesetzt wird, kann als Schärfesignal auch das Differenzsignal (D2 - D1) herangezogen

werden. Ferner kann als Differenzsignal auch der Wert (D1 30

- D2) eingesetzt werden. Wenn als Differenzsignal der Wert (D1 - D2) herangezogen wird, wird der in Fig. 4 gezeigte lineare Zusammenhang zwischen der Lage des Meßobjekts und dem Schärfesignal umgekehrt, was durch

eine sich gemäß den Uhrzeigerrichtungen von 4:30 nach 35

10:30 erstreckende Linie dargestellt werden kann, wobei

-29- DE 5268

auch der Polaritätswechsel des Schärfesignals bei dem Durchgang durch das Meßobjekt umgekehrt wird.

g Der Lagemeßvorgang nach dem vorstehend beschriebenen Prinzip wird nun ausführlicher anhand des Ablaufdiagramms in Fig. 9 erläutert.

Es sei nun angenommen, daß die Brennpunktlage-Steuervor-

₁q richtung 5 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 jeweils einen Brennpunkt je Streckeneinheit N bestimmen kann und daß der innere und der äußere Ringsensor DI und D2 jeweils Ausgangssignale DM bzw. D'2 abgeben, wenn der Brennpunkt für die Laserstrahlen an einer Stelle liegt,

.,- die an der der Sammellinse 8 zugewandten Seite des Objekts 9 und dem Objekt 9 am nächsten liegt, wogegen die Ringsensoren D1 und D2 jeweils Ausgangssignale D1 bzw. D2 abgeben, wenn der Brennpunkt für die Laserstrahlen an einer Stelle liegt, die an der von der Sammellinse 8

_ΟΛ angewandten Seite des Objekts 9 und dem Objekt 9 am nächsten liegt. Das Schärfesignal F wird gemäß der Gleichung (1) definiert, nämlich als:

F = (D2 - D1) / (D2 + D1)

Zuerst wird bei einem Schritt 101 das ringförmige Laserstrahlenbündel an einer der Sammellinse 8 am nächsten liegenden Stelle, nämlich der der kürzesten Brennweite entsprechenden Stelle fokussiert, wonach dann die Erfassung des Schärfesignals F begonnen wird (Schritt 102).

Darauffolgend wird bei einem Schritt 103 ermittelt, ob F < 0 ist oder nicht. Falls F < 0 ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 104 weiter. Bei dem Schritt 104 wird mittels der Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5 die Fokussierstelle bzw. der Brennpunkt so verändert, daß das ringförmige Laserstrahlenbündel nunmehr an einer Stelle

-30- DE 5268

fokussiert wird, die gegenüber der zuerst eingestellten Fokussierstelle um eine Streckeneinheit +N versetzt ist. Dann wird wieder das Schärfesignal F erfaßt und wiederum dessen Polarität ermittelt (Schritte 102 und 103). Diese Vorgänge werden unter wiederholtem Versetzen des Brennpunkts zu dem Objekt 9 hin ;Ur jeweils eine Streckeneinheit +N von der gerade bestehenden Stelle weg wiederholt, bis F > 0 wird, was bedeutet, daß das ringförmige Laserstrahlenbündel an einer Stelle fokussiert wird, die an der von der Sammellinse 8 angewandten Seite des Objekts 9 liegt. Wenn ermittelt wird, daß F > 0 ist, schreitet das Programm zu einem Schritt 105 weiter, bei dem das Ausgangssignal D1 des inneren Ringsensors D1 in einen Speicher der Verarbeitungseinheit eingespeichert wird.

Darauffolgend wird das ringförmige Laserstrahlenbündel wieder an der Stelle fokussiert, die um eine Streckeneinheit -N gegenüber der zuletzt bestimmten Fokussierstelle abgestuft ist, bei der F > 0 erreicht wurde. D.h., die Laserstrahlen werden an einer Stelle fokussiert, die um die Streckeneinheit N näher an der Sammellinse 8 liegt als die zuletzt bestimmte Fokussierstelle. Dies bedeutet, daß die Laserstrahlen wieder an der Stelle fokussiert werden, die an der der Sammellinse 8 zugewandten Seite des Objekts 9 und dem Objekt 9 am nächsten liegt (Schritt 106). Danach wird das Ausgangssignal D'2 des äußeren Ringsensors D2 in den Speicher der Verarbeitungseinheit

eingespeichert (Schritt 107).
30

Als nächstes werden die gespeicherten Ausgangssignale D1 und D'2 miteinander verglichen (Schritt 108). Falls D1 ^ D'2 gilt, ist die gerade bestehende Brennpunktlage, bei

der F < 0 ermittelt wurde, die optimale Brennpunktlage, 35

die einen optimalen Meßbereich ergibt, so daß daher die

-31- DE 5268

Lage des Objekts 9 aufgrund der gerade bestehenden Brennpunktlage und des Schärfesignals F ermittelt wird, das nun aus den Ausgangssignalen D'1 und D'2 berechnet wird (Schritt 109). Aus der auf diese Weise ermittelten Lage des Objekts 9 kann der Abstand des Objekts 9 zu einer vorbestimmten Bezugsstelle ermittelt werden.

Falls andererseits D1 > D'2 ist, wird die Fokussierstelle wieder so geändert, daß nun das ringförmige Laserstrahlenbündel an einer Stelle fokussiert wird, die gegenüber der gerade bestehenden Fokussierstelle, bei der sich F < 0 ergibt, um eine Streckeneinheit +N aufgestuft ist (Schritt 110). Dann wird die nunmehr eingestellte Brennpunktlage als optimale Brennpunktlage mit einem optimalen Meßbereich festgelegt und die Lage des Objekts 9 aufgrund der gerade festgelegten Brennpunktlage und des Schärfesignals F ermittelt, das nunmehr aus den Ausgangssignalen D1 und D2 berechnet wird (Schritt 111). Aus der auf diese

Weise ermittelten Objektlage kann gleichfalls der Abstand 20

des Objekts von der vorbestimmten Bezugsstelle ermittelt werden.

Es ist ersichtlich, daß der Vergleich der Ausgangssignale

DT und D'2 bei dem Schritt 108 ausgeführt wird, um die 25

optimale Brennpunktlage zu ermitteln, nämlich zu ermitteln, welcher der beiden an den beiden Seiten des Objekts liegenden Brennpunkte näher an dem Objekt liegt, und damit zu ermitteln, welcher der beiden durch die beiden Brennpunktlagen bestimmten Meßbereiche das Objekt enthält (siehe Fig. 4 und 8).

Die Fig. 10 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Abwandlung des Lagemeßvorgangs mit der erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung veranschaulicht.
35

-32- DE 5268

Zuerst wird bei einem Schritt 201 das ringförmige Laserstrahlenbündel an einer beliebigen Stelle fokussiert und das Schärfesignal F aus den Ausgangssignalen der Ringsensoren D1 und D2 ermittelt. Dann wird bei einem Schritt 202 die Polarität des Schärfesignals F ermittelt, um festzustellen, ob die gerade bestehende Fokussierstelle der Laserstrahlen an der der Sammellinse 8 zugewandten oder der von der Sammellinse 8 angewandten Seite des Meßobjekts liegt. Falls F > 0 ist, liegt die Fokussierstelle der Laserstrahlen an der von der Sammellinse 8 abgewandten Seite des Meßobjekts, so daß mit der Brennpunktlage-Steuervorrichtung der Brennpunkt aus der gerade bestehenden Lage um eine Streckeneinheit -N zu der Sammellinse 8 hin versetzt wird (Schritt 203). Dann wird bei einem Schritt 204 wieder die Polarität des Schärfesignals F ermittelt. Falls weiterhin F > 0 ist, wird die Versetzung des Brennpunkts um eine Streckeneinheit -N wiederholt. Diese Schritte 203 und 204 werden wiederholt,

_nr. bis das Schärfesignal F < 0 wird. Wenn das Schärfesignal zu

F kleiner als "0" wird, schreitet das Programm zu einem Schritt 207 weiter, bei dem in den Speicher das Ausgangssignal D'2 eingespeichert wird, das von dem äußeren Ringsensor D2 erzeugt wird, wenn die Bedingung F < 0

„_ erfüllt ist. Darauffolgend wird bei einem Schritt 208 die 25

Brennpunktlage-Steuervorrichtung so betätigt, daß die

Laserstrahlen wieder an der Stelle fokussiert werden, die

aus der gerade geltenden Stelle für "F < 0" um die

Streckeneinheit +N versetzt ist. Danach wird in den

Speicher der Verarbeitungseinheit das Ausgangssignal D1 30

eingespeichert, das von dem inneren Ringsensor D1 bei der neu eingestellten Brennpunktlage erzeugt wird, bei der F > 0 gilt (Schritt 209). Danach werden die Ausgangssignale D'2 und D1 miteinander verglichen (Schritt 210). Falls sich D1 ^ D'2 ergibt, wird die gerade bestehende ^Ä

Brennpunktlage als die optimale Brennpunktlage festgelegt

-33- DE 5268

und aus dieser Brennpunktlage sowie dem Schärfesignal F die Lage des Objekts ermittelt (Schritt 217). Aufgrund der auf diese Weise ermittelten Objektlage kann auch der Abstand des Objekts von einer vorbestimmten Bezugsstelle ermittelt werden.

Falls sich andererseits D'2 > D1 ergibt, wird die Brennpunktlage-Steuervorrichtung wieder so betätigt, daß ,Q die Laserstrahlen an der Stelle fokussiert werden, die von der gerade bestehenden Stelle für "F < 0" um die Streckeneinheit -N versetzt ist (Schritt 215). Dann wird das Schärfesignal F für diese neu eingestellte Brennpunktlage erfaßt und aus dieser sowie dem Schärfesignal F die Lage der Oberfläche des Objekts ermittelt (Schritt 217). Aus der auf diese Weise ermittelten Objektlage kann gleichfalls der Abstand des Objekts von der vorbestimmten Bezugsstelle ermittelt werden.

Falls das Ermittlungsergebnis bei dem Schritt 202 zeigt, ZU

daß die Polarität des Schärfesignals F unmittelbar nach der Inbetriebnahme der Einrichtung "F < 0" ergibt, liegt zu diesem Zeitpunkt die Fokussierungsstelle des ringförmigen Laserstrahlenbündels an der der Sammellinse 8

zugewandten Seite des Objekts. Daher wird der Brennpunkt 25

von der gerade bestehenden Stelle um eine Streckeneinheit +N von der Sammellinse 8 weg versetzt (Schritt 205). Dann wird bei einem Schritt 206 die Polarität des Schärfesignals F für diese neu eingestellte Brennpunktlage

ermittelt. Falls sich F < 0 ergibt, kehrt das Programm zu 30

dem Schritt 205 zurück. Die Schritte 205 und 206 werden unter wiederholtem Versetzen des Brennpunkts zu dem Meßobjekt hin in jeweils einzelnen Streckeneinheiten +N aus der jeweils gerade bestehenden Lage wiederholt.

3538052

-34- DE 5268

Wenn das Schärfesignal F größer als "0" wird, wird in den Speicher der Verarbeitungseinheit das Ausgangssignal D1 des inneren Ringsensors D1 eingespeichert (Schritt 211). Darauffolgend wird das ringförmige Strahlenbündel wieder an der aus der gerade bestehenden Lage für"F > 0*um eine Streckeneinheit -N versetzten Stelle fokussiert (Schritt 212), wonach das der neu bestimmten Brennpunktlage entsprechende Ausgangssignal D'2 des äußeren Ringsensors

,Q D2 in den Speicher eingespeichert wird (Schritt 213). Danach werden bei einem Schritt 214 die Ausgangssignale D1 und D'2 miteinander verglichen. Falls sich D'2 Σ D1 ergibt, wird die gerade bestehende Brennpunktlage als die optimale Brennpunktlage festgelegt und aus dieser sowie

- dem Schärfesignal F die Lage des Objekts ermittelt (Schritt 217). Aus der dermaßen ermittelten Objektlage kann auch der Abstand des Objekts von der vorbestimmten Bezugsstelle ermittelt werden.

Falls sich andererseits D1 > D'2 ergibt, wird die ZU

Brennpunktlage-Steuervorrichtung wieder so betätigt, daß das ringförmige Strahlenbündel wieder an der von der gerade bestehenden Stelle um eine Streckeneinheit +N versetzten Stelle fokussiert wird (Schritt 216). Danach

wird aus der neu festgelegten Brennpunktlage und dem 25

dieser Brennpunktlage entsprechenden Schärfesignal F die Lage des Objekts ermittelt (Schritt 217). Aus der dermaßen ermittelten Objektlage kann auch der Abstand des Objekts von der vorbestimmten Bezugsstelle ermittelt werden.

Wenn während des Meßvorgangs das Schärfesignal F gleich "0" wird, bedeutet dies, daß die Fokussierungsstelle des ringförmigen Strahlenbündels mit der Lage der Objektoberfläche zusammenfällt. Daher wird die Objektlage direkt

erfaßt.

-35- DE 5268

Falls die den aufeinanderfolgend festgelegten, jeweils um die Streckeneinheit N beabstandeten Brennpunktlagen entsprechenden Meßbereiche einander überlappen und die g Oberfläche des Meßobjekts in einem dieser Überlappungsbereiche liegt, kann für die Ermittlung der Objektlage jedes der den beiden Brennpunktlagen mit den teilweise überlappenden Meßbereichen entsprechenden Schärfesignale F herangezogen werden.

Der vorstehend beschriebene Meßvorgang wird automatisch mittels eines in der Verarbeitungseinheit 11 nach Fig. 1 enthaltenen Mikrocomputers gesteuert. Infolgedessen ist eine schnelle Verarbeitung und damit eine schnelle ,. Messung erzielbar. Bei den vorstehend beschriebenen beiden Beispielen werden zuerst die beiden der Oberfläche des Meßobjekts am nächsten kommenden Brennpunktlagen ermittelt und aus dem Ergebnis des Vergleichs der Ausgangssignale D1 und D'2 der Ringsensoren die optimale

Brennpunktlage bestimmt. Danach wird aus dem Schärfesig-AU

nal F die Lage der Oberfläche des Objekts ermittelt. Es besteht jedoch keine Einschränkung hierauf. Vielmehr ist es alternativ möglich, die allen Brennpunktlagen entsprechenden Schärfesignale F oder die allen Brennpunktlagen

entsprechenden erfaßten Werte alle zu speichern. Nachdem 25

die optimale Brennpunktlage ermittelt ist, kann eines der gespeicherten Schärfesignale F oder einer der gespeicherten erfaßten Werte entsprechend der optimalen Brennpunktlage abgerufen werden.

Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen wurde zwar die optimale Brennpunktlage aus der Polaritätsänderung des Schärfesignals F ermittelt, jedoch besteht keine Einschränkung hierauf. Es ist beispielsweise möglich, die

optimale Brennpunktlage aufgrund der Erscheinung zu 35

ermitteln, daß die Intensität des an der Schärfezustand-

-36- DE 5268

Meßvorrichtung erfaßbaren Lichts maximal wird, wenn der Brennpunkt zu einer dem Meßobjekt am nächsten gelegenen Stelle versetzt wird, was nachfolgend ausführlich beschrieben wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, zuerst aus dem Polaritätswechsel des Schärfesignals F die vorstehend beschriebenen, an den einander gegenüberliegenden Seiten des Objekts und in der Nähe des Objekts gelegenen Brennpunkte zu ermitteln und danach als ,Q optimalen Brennpunkt denjenigen der beiden Brennpunkte zu wählen, bei dem das Schärfesignal den kleineren Absolutwert hat.

Anhand der Fig. 11 wird nun als weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung eine Abstandsmeßeinrichtung beschrieben. Da die Einrichtung nach Fig. 11 Elemente enthält, die denjenigen der Anordnung nach Fig. 1 gleichartig sind, wird hier zur Vereinfachung die Beschreibung der gleichartigen Elemente

on weggelassen, wobei die einander entsprechenden Elemente 20

mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.

Die Einrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist zum Ermitteln des Zwischenraums bzw. Abstands zwischen den

Oberflächen zweier Objekte wie einer Maske M und eines 25

Halbleiterplättchens W ausgebildet, welche bei der

Herstellung von Halbleitervorrichtungen wie integrierten Schaltungen verwendet werden können. Die Fig. 11 zeigt eine Treiberschaltung 21 zur Ansteuerung der Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5, eine Schärfesignal-Meßeinheit 30

22 und eine Lichtmengen-Meßeinheit 23. Die Treiberschaltung 21, die Schärfezustand- bzw. Schärfesignal-Meßeinheit 22 und die Lichtmengen-Meßeinheit 23 sind an die Verarbeitungseinheit 11 angeschlossen.

Im Betriebsvorgang gemäß dem vorstehend beschriebenen

-37- DE 5268

Prinzip der Lagemessung werden die Lagen des ersten Objekts M und des zweiten Objekts W dadurch ermittelt, daß jeweils die optimale Brennpunktlage für das erste ρ- bzw. zweite Objekt bestimmt wird und daß jeweils das der Lage für dieses Objekt entsprechende Schärfesignal F erfaßt wird. Aus den auf diese Weise ermittelten Lagen des ersten und zweiten Objekts M und W wird der Zwischenraum bzw. der Abstand zwischen diesen ermittelt.

Gemäß der Beschreibung anhand der Fig. 4 ist eine zufriedenstellende Linearität zwischen der Lage eines Meßobjekts und dem Schärfesignal nur innerhalb eines begrenzten Meßbereichs gewährleistet. Es ist daher schwierig, mit nur einem einzigen Meßbereich, der sehr schmal ist, die Lagen zweier Objekte zu erfassen, die voneinander einen größeren Abstand haben. Im Hinblick darauf werden aus der Verarbeitungseinheit 11 der Treiberschaltung 21 Steuersignale zugeführt, um damit die

Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5 so zu betreiben, daß 20

die Fokussierstelle der Laserstrahlen für jeweils einen optimalen Meßbereich für das erste bzw. zweite Objekt M bzw. W versetzt wird.

Der Abstandsmeßvorgang wird nun ausführlicher beschrie-

ben. Zuerst wird von der Verarbeitungseinheit 11 der Treiberschaltung 21 ein Steuersignal zugeführt, welches bewirkt, daß die Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5 einen der Sammellinse 8 am nächsten gelegenen Brennpunkt bestimmt. Darauffolgend werden von der Verarbeitungseinheit 11 der Treiberschaltung 21 weitere Steuersignale zugeführt, durch die die Brennpunktlage-Steuervorrichtung 5 den Brennpunkt schrittweise von der Sammellinse 8 weg versetzt. Hierdurch werden aufeinanderfolgend mehrere

Meßbereiche bestimmt, die gemäß Fig. 5 einen einzigen 35

durchgehenden Meßbereich bilden. Wenn als Meßstrahlen-

3538C62

-38- DE 5268

bündel das anhand der Fig. 1 beschriebene ringförmige Laserstrahlenbündel verwendet wird und in der Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 der ringförmige Sensor gemäß Fig. 3 eingesetzt wird, wird das optische System der Einrichtung nach Fig. 11 derart gestaltet, daß dann, wenn das ringförmige Laserstrahlenbündel genau auf der Oberfläche eines Meßobjekts fokussiert wird, das von der Objektoberfläche zu dem Polarisationsstrahlenteiler 6 reflektierte ringförmige Laserstrahlenbündel genau auf die ganze Fläche des ringförmigen Sensors 17 mit dem inneren und äußeren Ringsensor D1 und D2 fällt.

Wenn während des Meßvorgangs die Laserstrahlen an einer dem ersten Objekt M am nächsten gelegenen Stelle fokussiert werden, wird gemäß der Darstellung in Fig. 12 die Intensität des von dem ersten Objekt M reflektierten und von der Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 aufgenommenen Lichts maximal (außer in dem Fall, daß die Fokussierstelle mit der Stelle des ersten Objekts M zusammenfällt, nämlich F=O gilt). Von der Lichtmengen-Meßeinheit 23 wird ständig die von der Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 aufgenommene Lichtmenge überwacht. Auf diese Weise wird für den Fokussierzustand, der für einen bestimmten Brennpunkt ermittelt wird, welcher durch das Erfassen der 25

maximalen Lichtmenge durch die Lichtmengen-Meßeinheit 2 3 bestimmt wird, die Lage des ersten Objekts M aus dem von der Schärfesignal-Meßeinheit 22 abgegebenen Schärfesignal ermittelt. Darauffolgend wird die Fokussierstelle für die Laserstrahlen weiter von der Sammellinse 8 weg versetzt. ^ö

Wenn die Strahlen an einer dem zweiten Objekt W am nächsten gelegenen Stelle fokussiert werden, wird wie bei der Ermittlung der Lage des ersten Objekts M die von der Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 empfangene Lichtmenge

maximal, so daß die Lage des zweiten Objekts W aus dem zu 35

diesem Zeitpunkt erzielten Schärfesignal ermittelt wird.

-39- DE 5268

Durch das Vergleichen der auf diese Weise ermittelten Lagen des ersten und zweiten Objekts M bzw. W kann der Abstand zwischen diesen Objekten ermittelt werden.

Als Meßstrahlenbündel kann natürlich gemäß der vorangehenden Beschreibung ein punktförmiges bzw. Punktstrahlenbündel verwendet werden. Falls jedoch wie bei diesem Ausführungsbeispiel der Abstand zwischen zwei Objekten

₁q gemessen werden soll, ist hinsichtlich der Meßgenauigkeit die Verwendung des ringförmigen Laserstrahlenbündels günstiger. Die Ermittlung der Lage und des Abstands bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt nach einem Programm, das wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen im voraus in der Verarbeitungseinheit eingestellt bzw. gespeichert ist.

Der Prozess der Lageermittlung bei diesem Ausführungsbeispiel ist nicht auf die vorstehend dargelegte Weise beschränkt; vielmehr können die anhand der Fig. 9 und 10 beschriebenen Meßvorgänge ausgeführt werden.

Die Fig. 13 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung eine Abstandsmeß-

__ einrichtung. Da die Einrichtung gemäß diesem Ausführungs-25

beispiel Elemente enthält, die denjenigen des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 gleichartig sind, wird hier zur Vereinfachung unter Bezeichnung einander entsprechender Elemente mit den gleichen Bezugszeichen die Beschrei-

bung der gleichartigen Elemente weggelassen. 30

Falls der Abstand zwischen den Oberflächen zweier Objekte ermittelt werden soll, die voneinander beträchtlich unterschiedliche Reflexionsfaktoren haben, wie es bei

einer Maske und einem Halbleiterplättchen der Fall ist, 35

ist es möglich, daß sich infolge der unterschiedlichen

-40- DE 5268

Reflexionsfaktoren die von der Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 empfangene Lichtmenge außerordentlich stark ändert. Wenn dies zutrifft, wird eine genaue Ermittlung schwierig. Gemäß Fig. 14 ist gewöhnlich der Bereich einer optimalen Lichtmenge begrenzt, bei der ein Fotodetektor zufriedenstellende Empfindlichkeit zeigt. Falls die Lichtmenge unter der unteren Grenze des Optimalbereichs liegt, kann der Dunkelstrom nicht mehr vernachlässigt werden. Falls andererseits die Lichtmenge über der oberen Grenze des Optimalbereichs liegt, wird der Fotodetektor gesättigt. In einem jeden dieser Fälle ist eine genaue Ermittlung nicht gewährleistet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen 15

Lagemeßeinrichtung enthält die Einrichtung eine Lichtmengen-Steuervorrichtung 27, mit der die von der Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 empfangene Lichtmenge derart einstellbar ist, daß die Lichtmenge innerhalb des Optimalbereichs gleichmäßig von der Schärfezustand-Meßvorrichtung aufgenommen wird. Hierdurch sind weitere Verbesserungen hinsichtlich der Meßgenauigkeit gewährleistet. Als Lichtmengen-Steuervorrichtung 27 kann eine elektrooptische Vorrichtung mit einem elektrooptischen

Kristall wie Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat (PLZT) oder 25

dergleichen, eine Graufilter- bzw. ND-Filtervorrichtung, eine Flüssigkristallvorrichtung oder dergleichen verwendet werden.

Die Steuerung der Lichtmenge in der Abstandsmeßeinrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung wird nun ausführlicher anhand der Fig. 15 beschrieben.

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Die Fig. 15 zeigt die Lichtmengen-Steuervorrichtung 27, einen Mikrocomputer 28, eine Schnittstelle 29 für das Anlegen der Ausgangssignale der Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 an den Mikrocomputer 28 und den inneren bzw. äußeren Ringsensor DI bzw. D2 gemäß Fig. 3.

Wenn das von der Oberfläche des Meßobjekts reflektierte ringförmige Laserstrahlenbündel auf die Oberfläche des ^q Fotodetektors der Meßvorrichtung 10 fällt, werden über die Schnittstelle 29 an den Mikrocomputer 28 die entsprechend der Einfallstelle des Laserstrahlenbündels auf den Fotodetektor von dem inneren bzw. äußeren Ringsensor D1 bzw. D2 erzeugten Ausgangssignale D1 und D2 angelegt. Diese Ausgangssignale D1 und D2 werden in dem Mikrocomputer 28 derart verarbeitet, daß das Differenzsignal (D1 D2) mit dem Intensitätssignal (D1 + D2) normiert wird, wodurch ein Schärfesignal erhalten wird. Andererseits wird aus dem Intensitätssignal (D1 + D2) ermittelt, ob __o die Lichtmenge innerhalb des Bereichs optimaler Lichtmenge für den Fotosensor liegt oder nicht. Falls der Pegel des Intensitätssignals (D1 + D2) niedriger als ein solcher für die Untergrenze des Optimalbereichs ist, führt der Mikrocomputer 28 der Lichtmengen-Steuervorrichtung 27 ein Befehlssignal zu, durch das die Lichtmenge an der Oberfläche des Meßobjekts gesteigert wird. Falls andererseits der Pegel des Intensitätssignals (D1 + D2) über demjenigen für eine obere Grenze des Optimalbereichs liegt, führt der Mikrocomputer 28 der Lichtmengen-

Steuervorrichtung 27 ein Befehlssignal zu, durch das die 30

Lichtmenge an der Oberfläche des Objekts verringert wird. Wenn der Pegel des Intensitätssignals (D1 + D2) innerhalb des Pegelbereichs für den Optimalbereich liegt, wird keine besondere Steuerung vorgenommen. Die vorstehend

beschriebenen Vorgänge werden nach einem Programm 35

ausgeführt, das im voraus in den Mikrocomputer 28

-42- DE 5268

eingespeichert ist.

Zur Steuerung des Steigerns oder Verringerns der von der Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 aufgenommenen Lichtmenge ist es möglich, aufeinanderfolgend an die Lichtmengen-Steuervorrichtung 27 Steuer- bzw. Befehlssignale in der Weise anzulegen, daß die Lichtmenge stufenweise von einem Anfangszustand bis zu dem Optimalwert verändert wird, ,Q während wiederholt ermittelt wird, ob ein geeigneter Pegel des Intensitätssignals vorliegt. Alternativ ist es möglich, zuerst die Differenz zwischen dem ermittelten Intensitätssignal (D1 + D2) und der oberen oder unteren Grenze des Optimalbereichs zu berechnen und dann p. entsprechend dem Rechenergebnis der Lichtmengen-Steuervorrichtung 27 ein Steuer- bzw. Befehlssignal in der Weise zuzuführen, daß ein Pegel für eine optimale Lichtmenge eingestellt wird.

Die Fig. 16 zeigt ein Beispiel für die Lichtmengen-20

Steuervorrichtung. Diese Figur zeigt einen elektrooptischen Kristall wie einen K^PO^-Kristall oder dergleichen, einen Polarisator 31, einen Analysator 32 und eine Steuerstufe 33 für das Errichten eines elektrischen Felds an dem Kristall 30. Der Kristall 30 ändert durch das Anlegen eines elektrischen Felds seine Doppelbrechungseigenschaften, wobei das Ausmaß der Änderung (Phasenänderung) von der elektrischen Feldstärke abhängt.

Auf diese Weise wird entsprechend einem aus dem Mikro-30

computer 28 zugeführten Steuersignal die Steuerstufe 33

derart betrieben, daß an dem elektrooptischen Kristall 30 ein elektrisches Feld in einer vorbestimmten Stärke errichtet wird, wodurch die durch die Lichtmengen-Steuervorrichtung 27 hindurchtretende Lichtmenge 35

eingestellt wird.

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Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde die Lichtmengen-Steuervorrichtung als zwischen der Kollimatorlinse 2 und dem Kegelspiegel 3 angeordnet beschrieben und dargestellt, jedoch kann die Steuervorrichtung auch an irgendeiner anderen Stelle vor dem Fotodetektor bzw. Fotosensor angeordnet werden. Ferner kann anstelle der Steuerung mit der beschriebenen Lichtmengen-Steuervorrichtung die Ausgangsleistung der Laserstrahlenquelle gesteuert werden.

Wie im Falle des vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiels kann die Lage- und Abstandsermittlung mit der Einrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel aufgrund der Ermittlung der Schärfesignale vorgenommen werden. Auf _ diese Weise kann auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine schnelle Ermittlung mit hoher Genauigkeit erzielt werden. Die Einrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist insbesondere für die Lage- und/oder Abstandsermittlung in dem Fall nutzvoll, daß sich die Reflexionsfaktoren von Meßobjekten beträchtlich voneinander unterscheiden oder daß der Abstand zwischen einem ersten und einem zweiten Objekt gemessen werden soll, die beträchtlich voneinander verschiedene Reflexionsfaktoren haben. Ferner ist die Einrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel dann

nutzvoll, wenn sich die Ausgangsleistung der Lichtquelle 25

beträchtlich ändert.

Die Fig. 17 zeigt eine Zwischenraum- bzw. Abstandseinstellvorrichtung als weiteres Ausführungsbeispiel der

erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung. Da die Vorrichtung 30

gemäß diesem Ausführungsbeispiel Elemente enthält, die denjenigen in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 gleichartig sind, wird zur Vereinfachung unter Bezeichnung einander entsprechender Elemente mit den gleichen

Bezugszeichen die Beschreibung der gleichartigen 35

Elemente hier weggelassen.

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Die Fig. 17 zeigt Stellmotore 24, Stellspindeln 25, die jeweils zum Antrieb an die Stellmotore 24 angeschlossen sind, Halterungen 26 für das Lagern der jeweiligen Stellmotore 24 und Motortreiberschaltungen 34, an die die jeweiligen Stellmotore 24 angeschlossen sind.

Bei der Messung wird der Abstand zwischen den Oberflächen des ersten Objekts M und des zweiten Objekts W im

,Q wesentlichen auf die gleiche Weise wie anhand der Fig. 11 beschrieben ermittelt. Dabei wird in der Verarbeitungseinheit 11 der ermittelte Abstand mit einem vorbestimmten Abstand verglichen, der zwischen den Oberflächen des ersten und des zweiten Objekts M und W eingehalten werden

_n r- sollte (und der nachfolgend als Bezugsabstand bezeichnet wird). D.h., in der Verarbeitungseinheit 11 wird die Differenz zwischen dem ermittelten Abstand und dem Bezugsabstand ermittelt sowie auch erfaßt, welcher Abstand der größere ist. Entsprechend dem Ermittlungsergebnis führt die Verarbeitungseinheit 11 einer der

Motortreiberschaltungen 34 oder jeder derselben ein Steuersignal zu, mit dem mindestens einer der Stellmotore

24 so betrieben wird, daß der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt M und W gleich dem Bezugsabstand

wird. Durch das Betreiben eines der Stellmotore 24 oder 25

beider Stellmotore 24 wird jeweils eine der Stellspindeln

25 oder werden beide Stellspindeln 25 gedreht, wodurch sich eine Aufwärts- und/oder Abwärtsbewegung einer Halterung oder beider Halterungen für das erste und das zweite Objekt ergibt, wobei die Halterungen jeweils Gewindeabschnitte haben, die mit entsprechenden Gewindeabschnitten der Stellspindeln 25 in Eingriff sind. Dadurch wird der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt M und W eingestellt. Auf diese Weise kann

eine schnelle Abstandseinstellung mit hoher Genauigkeit 35

erzielt werden.

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Die Fig. 18 zeigt eine Schräglagen- bzw. Neigungseinstellvorrichtung als weiteres Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung. D.h., mit der

g Einrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann nicht nur der Abstand zwischen zwei Objekten, sondern auch eine Schräglage eines jeden der beiden Objekte erfaßt werden. Ferner können der Abstand und die Schräglage eingestellt werden.

10

Gemäß Fig. 18 hat die Einrichtung gemäß diesem Ausführungsbeispiel drei Brennpunktlage-Steuervorrichtungen 5a bis 5c, drei Schärfezustand-Meßvorrichtungen 10a bis 10c und eine mit den Steuervorrichtungen 5a bis 5c und den Meßvorrichtungen TOa bis 10c verbundene Verarbeitungseinheit 11. Alle diese Elemente haben im wesentlichen die gleichen Funktionen wie die entsprechenden Elemente, die anhand der vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiele * beschrieben wurden. Die Vorrichtung nach Fig. 18 weist

ferner einen Tisch 35 auf, in dem drei Sätze von Stellvorrichtungen, die jeweils den in Fig. 17 gezeigten gleichartig sind, zum Einstellen des Abstands zwischen dem ersten Objekt M und dem zweiten Objekt W an drei Stellen untergebracht sind.

25

Bei dem Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 18 werden die Lagen der Oberflächen des ersten und des zweiten Objekts M und W an jeweils drei Stellen derselben mittels der drei Lagemeßsysteme 5a und 10a, 5b und 10b bzw. 5c und 10c ermittelt. Die Lageinformationen über die Oberflächen des ersten und zweiten Objekts M und W bezüglich der drei Stellen an diesen werden von der Verarbeitungseinheit 11 aufbereitet, aus der geeignete Steuersignale den (in Fig. 18 nicht gezeigten) drei Sätzen von Stellvorrichtungen für das Versetzen des zweiten Objekts W oder des das ^J

zweite Objekt W tragenden Tisches 35 zugeführt werden.

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Durch die an drei Stellen vorgenommene Erfassung der Oberfläche des ersten sowie des zweiten Objekts können eine jeweilige Schräglage eines jeden dieser Objekte sowie die Abstände zwischen den Objekten erfaßt werden. Ferner können aufgrund der Erfassungsergebnisse die Schräglage und der Abstand eingestellt werden.

Ein Beispiel für eine Stellvorrichtung für das Ändern des •jQ Abstands und/oder der Schräglage ist in Fig. 19A gezeigt. Diese Figur zeigt einen Stellmotor 24, eine Stellspindel 25 und ein Auflager 36, das zum Abstützen des zweiten Objekts W oder des Tisches 35 dient und das einen Gewindeabschnitt hat. Gemäß der Beschreibung hat die Vorrichtung nach Fig. 18 drei solche in Fig. 19A gezeigte

Stellvorrichtungen. Entsprechend dem aus der Verarbeitungseinheit 11 zugeführten Steuersignal wird von dem Stellmotor 24 die Stellspindel 25 gedreht, wodurch eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung des Auflagers 36 hervorgerufen wird, ohne daß dieses gedreht wird. Durch die Versetzung des Auflagers 36 wird der von demselben abgestützte Bereich des zweiten Objekts W oder des Tisches 35 im wesentlichen nach oben oder nach unten versetzt. Durch eine derartige Lagesteuerung an den

__ restlichen beiden Stellen des zweiten Objekts W können 25

die Schräglage des zweiten Objekts in bezug auf das erste Objekt M sowie der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt eingestellt werden. Die Lagesteuerung kann natürlich auch an dem ersten Objekt vorgenommen werden,

wie es bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 17 der Fall 30

ist.

Die Fig. 19B zeigt ein weiteres Beispiel einer Stellvorrichtung. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die

Stellvorrichtung ein piezoelektrisches Stellglied 37 mit 35

einem Stapel aus piezoelektrischen Elementen auf. Gemäß

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aus der Verarbeitungseinheit 11 zugeführten Steuersignalen wird eine nicht gezeigte Treiberschaltung so betrieben, daß an die piezoelektrischen Elemente elektrische Spannung angelegt wird. Dadurch werden die piezoelektrischen Elemente aufgeweitet oder zusammengezogen, wodurch eine Aufwärts- oder Abwärtsversetzung des von dem piezoelektrischen Stellglied getragenen Bereichs des zweiten Objekts W oder des Tisches 35 herbeigeführt wird.

Die Fig. 20 zeigt als weiteres Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung eine Ausrichtvorrichtung, mit der eine dreidimensionale Ausrichtung zwischen zwei Objekten erzielbar ist.

Die Vorrichtung nach Fig. 20 enthält drei Lagemeßsysteme 381 bis 383, einen Stellmotor 241 für die Drehbewegung des ersten Objekts M, Stellmotoren 242 und 243 für das Versetzen des zweiten Objekts W in der X- bzw. Y-Richtung

und Stellmotoren 244 bis 246, die unabhängig voneinander 20

zu einer im wesentlichen aufwärts oder abwärts gerichteten Versetzung entsprechender Bereiche des zweiten Objekts W betreibbar sind. Mit A1 sind an dem ersten Objekt M ausgebildete Richtmarken bezeichnet, während mit

A2 an dem zweiten Objekt W ausgebildete Richtmarken 25

bezeichnet sind. Diese Richtmarken A1 und A2 dienen zur Ausrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt M und W in der X- und Y-Richtung sowie in der Drehrichtung Θ.

Jedes der Lagemeßsysteme 381 bis 383 enthält eine optische Anordnung gemäß Fig. 11 zum Ermitteln der Lage des ersten sowie des zweiten Objekts M bzw. W in der Z-Richtung an einer zugeordneten Stelle von drei Stellen an

dem ersten oder zweiten Objekt. Bei diesem Ausführungs-35

beispiel wird als anhand der vorangehend beschriebenen

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Ausführungsbeispielen erläutertes Meßstrahlenbündel ein Punktstrahlenbündel verwendet. Ferner wird als Schärfezustand-Meßvorrichtung 10 gemäß Fig. 1 ein Flächensensor mit Anordnungen von Ladungskopplungsvorrichtungen (CCD) verwendet. Zur Ermittlung der Lage in der Z-Richtung wird die Fläche des Flächensensors in zwei Bereiche aufgeteilt die im wesentlichen auf die gleiche Weise wie die in Fig. 3 gezeigten beiden Ringsensoren D1 und D2 eingesetzt .Q werden. D.h., aus den Ausgangssignalen der beiden Bereiche des Flächensensors wird wie bei den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ein Schärfesignal gewonnen.

-_ Zusätzlich hierzu enthält jedes der Lagemeßsysteme 381 bis 383 ein optisches Abbildungssystem für das Abbilden der entsprechenden Richtmarken an dem ersten und dem zweiten Objekt M und W. Dieses optische Abbildungssystem dient zum Ermitteln der Lage des ersten und des zweiten

Objekts M und W in der X- und Y-Richtung an der zugeord-ZO

neten Stelle der drei Stellen. Im einzelnen werden bei der X-Y-Lageermittlung zuerst die zugeordneten Richtmarken mit einem aus der Laserstrahlenquelle 1 (gemäß Fig. 11) zugeführten punktförmigen Laserstrahlenbündel

bestrahlt, dessen Durchmesser mittels der Brennpunktlage-25

Steuervorrichtung 5 derart eingestellt wird, daß die Beleuchtung der ganzen Fläche der Richtmarken gewährleistet ist. Dann werden die von der Oberfläche des Objekts reflektierten Laserstrahlen von dem optischen

Abbildungssystem aufgenommen, wodurch auf dem Flächen-30

sensor die Richtmarke abgebildet wird. Da die X- und Y-Ausrichtung nach dem Abschluß der Lageeinstellung in der Z-Richtung vorgenommen wird, wird an dem Flächensensor ein scharfes Bild der Richtmarke erzeugt. Auf diese Weise

werden auf dem gleichen Flächensensor die der einen 35

Stelle der drei Stellen entsprechenden Richtmarken A1 und

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A2 abgebildet.

Dann können durch Erfassen der Lagen dieser Richtmarken in bezug auf in dem Flächensensor bestimmte X- und Y-Koordinaten die X- und Y-Lagen des ersten und des zweiten Objekts an der einen von den drei Stellen ermittelt werden.

,Q Auf die gleiche Weise wird die Lageermittlung hinsichtlich der X- und Y-Richtung an jeder der restlichen zwei Stellen vorgenommen, wodurch die Relativlage des ersten oder zweiten Objekts in bezug auf das andere Objekt in der X-Richtung, der Y-Richtung und der Drehrichtung θ

_Ί r- ermittelt wird,
la

Die Lageeinstellung der beiden Objekte M und W in der Z-Richtung erfolgt folgendermaßen:

Zuerst werden entsprechend den ermittelten Lageinforma-20

tionen über die Lage in der Z-Richtung an den drei Stellen aus der Verarbeitungseinheit 11 der Motortreiberschaltung 34 Steuersignale zugeführt, durch die die Stellmotore 244 bis 246 in jeweils einem vorbestimmten

Ausmaß drehen. Dadurch wird ein Tisch, auf dem das zweite 25

Objekt W aufliegt, in der Z-Richtung so bewegt und/oder so geneigt, daß zwischen der ganzen Fläche des ersten Objekts M und der ganzen Fläche des zweiten Objekts W ein vorbestimmter Abstand eingestellt wird. Darauffolgend

_ werden gemäß den ermittelten Lageinformationen über die 30

Lage in der X-Richtung, der Y-Richtung und der Θ-Richtung aus der Verarbeitungseinheit 11 der Motortreiberschaltung 34 Steuersignale zugeführt, durch die die Stellmotore 241 bis 243 jeweils in einem vorbestimmten Ausmaß angetrieben

werden, wodurch das erste und das zweite Objekt M und W 35

miteinander in diesen Richtungen ausgerichtet werden.

-50- DE 5268

Hierdurch wird die dreidimensionale Ausrichtung zwischen dem ersten Objekt M und dem zweiten Objekt W herbeigeführt.

Bei der erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung wird gemäß der vorangehenden Beschreibung ein beträchtlich erweiterter Meßbereich gewährleistet, während weiterhin eine schnelle Messung mit hoher Genauigkeit beibehalten wird. ,Q Ferner können nicht nur die Ermittlung der Lage und des Abstands, sondern auch die Ermittlung und Einstellung eines Zwischenraums oder Abstands erreicht werden. Darüberhinaus ist mit der erfindungsgemäßen Lagemeßeinrichtung eine dreidimensionale Ausrichtung zweier Objekte möglich. Daher kann die erfindungsgemäße Lagemeßeinrich-

tung auf nutzvolle Weise bei einer Ausrichtungs- und Belichtungsvorrichtung zur Herstellung von Halbleitervorrichtungen sowie bei einer Abstandseinstellvorrichtung angewendet werden.

Eine Lagemeßeinrichtung zum Ermitteln der Lage eines Objekts hat ein optisches Beleuchtungssystem zum Erzeugen von Lichtstrahlen für das Beleuchten des Objekts, ein optisches System zum Fokussieren der Lichtstrahlen, ein

Brennpunktlage-Steuersystem für das Ändern der Stelle, an 25

der die Lichtstrahlen von dem optischen Fokussiersystem fokussiert werden, eine erste Meßvorrichtung, die die von dem Objekt reflektierten Lichtstrahlen aufnimmt, um den Einfallzustand der Lichtstrahlen an dem Objekt zu

erfassen, und eine zweite Meßvorrichtung zum Ermitteln 30

der Lage des Objekts aus dem mittels der ersten Meßvorrichtung erfaßten Einfallzustand der Lichtstrahlen an dem Objekt.

- Leerseite -

Claims (18)

Tedtke - BüHLiNG - KwNE - Qrupe 5555TSSlSSl Pellmann - Grams - Struif 3 Dipl.-lng. R. Kinne Dipl.-lng. R Grupe 3 5 38062 Dipl.-lng. B. Pellmann Dipl.-lng. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2 Tel.: 089-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent München 25. Oktober 1985 DE 5268 Patentansprüche

1. Lagemeßeinrichtung zum Ermitteln der Lage eines Objekts, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungsvorrichtung (1 bis 4) zum Erzeugen von Lichtstrahlen für das Bestrahlen des Objekts (9), eine Fokussiervorrichtung (8) zum Fokussieren der von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebenen Lichtstrahlen, eine Brennpunktlage-Steuervorrichtung (5), mit der die Stelle veränderbar ist, an der * die Lichtstrahlen von der Fokussiervorrichtung fokussiert werden, eine erste Meßvorrichtung (10), die die von dem Objekt reflektierten Lichtstrahlen aufnimmt, um den Einfallzustand der Lichtstrahlen an dem Objekt zu erfassen, und eine zweite Meßvorrichtung (11) zum Ermitteln der Lage des Objekts aus der Erfassung des Einfallzustands der Lichtstrahlen an dem Objekt mittels der ersten Meßvorrichtung. ,

2. Lagemeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennpunktlage-Steuervorrichtung (5) ein optisches Element (12 bis 14) mit veränderbarer Brennweite aufweist.

3. Lagemeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtungsvorrichtung (1 bis 4) ein Lichtstrahlenbündel mit ringförmigem Quer-

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schnitt abgibt

4. Lagemeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßvorrichtung

(10) einen Fotosensor (17) mit mehreren Lichtaufnahmeflächen (D1, D2) aufweist.

5. Lagemeßeinrichtung zum Ermitteln der Lage eines ,Q Objekts, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungsvorrichtung (1 bis 4) zum Erzeugen von Lichtstrahlen für das Bestrahlen des Objekts (9), eine Fokussiervorrichtung (8) zum Fokussieren der von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebenen Lichtstrahlen, eine Brennpunktlage-Steuervorrichtung (5), mit der die Stelle veränderbar ist, an der

die Lichtstrahlen von der Fokussiervorrichtung fokussiert werden, eine erste Meßvorrichtung (10, 23), die die von dem Objekt reflektierten Lichtstrahlen aufnimmt, um den Einfallzustand der Lichtstrahlen an dem Objekt zu erfassen, eine zweite Meßvorrichtung (22) zum Ermitteln einer 20

optimalen Brennpunktlage für die Lichtstrahlen aus dem Erfassungsergebnis der ersten Meßvorrichtung und eine dritte Meßvorrichtung (11) zum Ermitteln der Lage des Objekts aus dem von der ersten Meßvorrichtung erfaßten

Einfallzustand der Lichtstrahlen an dem Objekt bei deren 25

Fokussierung an dem Brennpunkt in der von der zweiten Meßvorrichtung ermittelten optimalen Brennpunktlage.

6. Lagemeßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch

gekennzeichnet, daß die erste Meßvorrichtung (10, 23) die 30

einfallende Lichtmenge mißt.

7. Lagemeßeinrichtung zum Ermitteln der Lage eines Objekts, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungsvorrichtung (1 bis 4) zum Erzeugen eines Lichtstrahlenbündels

mit ringförmigem Querschnitt für das Bestrahlen des

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Objekts (9), eine Fokussiervorrichtung (8) zum Fokussieren des von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebenen Lichtstrahlenbündels, eine Brennpunktlage-Steuervorrichtung (5), mit der die Stelle veränderbar ist, an der das Lichtstrahlenbündel von der Fokussiervorrichtung fokussiert wird, eine erste Meßvorrichtung (10), die das von dem Objekt reflektierte Lichtstrahlenbündel aufnimmt, um den Einfallzustand des ringförmigen Lichtstrahlenbün-

^q dels an dem Objekt zu erfassen, eine auf der optischen Achse der Beleuchtungsvorrichtung angeordnete Abfangvorrichtung (19) zum Abfangen eines von dem Objekt reflektierten unerwünschten Strahlenbündels und eine zweite Meßvorrichtung (11) zum Ermitteln der Lage des Objekts aus dem mittels der ersten Meßvorrichtung erfaßten Einfallzustand des ringförmigen Lichtstrahlenbündels an dem Objekt.

8. Lichtmeßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch _n gekennzeichnet, daß die Abfangvorrichtung (19) ein Lichtsperrelement für das Abfangen eines Lichtstrahlenbündels aufweist, das von dem Objekt (9) reflektiert ist und das an einem Punkt nahe dem Lichtsperrelement konvergiert, wenn das Objekt außerhalb eines Meßbereichs ^liegt·

9. Lagemeßeinrichtung zum Ermitteln des Abstands zwischen einem ersten und einem zweiten Ojekt, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungsvorrichtung (1 bis 4) zum Erzeugen von Lichtstrahlen für das Bestrahlen des ersten und des zweiten Objekts (M, W), eine Fokussiervorrichtung (8) zum Fokussieren der von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebenen Lichtstrahlen, eine Brennpunktlage-Steuervorrichtung (5), mit der die Stelle veränderbar

ist, an der die Lichtstrahlen von der Fokussiervorrich-35

tung fokussiert werden, eine erste Meßvorrichtung (10)

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die zum Erfassen des Einfallzustands der Lichtstrahlen an dem ersten und dem zweiten Objekt die von dem ersten bzw. dem zweiten Objekt reflektierten Lichtstrahlen aufnimmt, um jeweils von der Lage des ersten bzw. zweiten Objekts abhängige Ausgangssignale zu erzeugen, und eine zweite Meßvorrichtung (11) zum Ermitteln des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt aus den von der ersten Meßvorrichtung erzeugten Ausgangssignalen.

10. Lagemeßeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch

gekennzeichnet, daß die Brennpunktlage-Steuervorrichtung (5) ein optisches Element (12 bis 14) mit veränderbarer Brennweite aufweist.

11. Lagemeßeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßvorrichtung (10) einen Fotosensor (17) mit mehreren Lichtaufnahmeflächen (D1, D2) aufweist.

12. Lagemeßeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßvorrichtung (10) ein Bildaufnahmeelement aufweist.

13. Lagemeßeinrichtung zum Ermitteln des Abstands zwischen einem ersten und einem zweiten Ojekt, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungsvorrichtung (1 bis 4) zum Erzeugen von Lichtstrahlen für das Bestrahlen des ersten und des zweiten Objekts (M, W), eine Fokussiervor-

richtung (8) zum Fokussieren der von der Beleuchtungsvor-30

richtung abgegebenen Lichtstrahlen, eine Brennpunktlage-Steuervorrichtung (5), mit der die Stelle veränderbar ist, an der die Lichtstrahlen von der Fokussiervorrichtung fokussiert werden, eine erste Meßvorrichtung (10),

die zum Erfassen des Einfallzustands der Lichtstrahlen an 35

dem ersten und dem zweiten Objekt die von dem ersten bzw.

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dem zweiten Objekt reflektierten Lichtstrahlen aufnimmt, um jeweils von der Lage des ersten bzw. zweiten Objekts abhängige Ausgangssignale zu erzeugen, eine Lichtmengen-Steuervorrichtung (27), die auf die von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebenen Lichtstrahlen derart einwirkt, daß von der ersten Meßvorrichtung hinsichtlich der von dem ersten bzw. zweiten Objekt reflektierten Lichtstrahlen im wesentlichen die gleiche Lichtmenge empfangen ,Q wird, und eine zweite Meßvorrichtung (11) zum Ermitteln des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt aus den von der ersten Meßvorrichtung erzeugten Ausgangssignalen.

14. Lagemeßeinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtmengen-Steuervorrichtung (27) ein Einstellelement (30) aufweist, an dem der Lichtdurchlaß mit einem elektrischen Signal steuerbar ist.

15. Lagemeßeinrichtung zum Ermitteln des Abstands

zwischen einem ersten und einem zweiten Ojekt, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungsvorrichtung (1 bis 4) zum Erzeugen eines Lichtstrahlenbündels mit ringförmigem Querschnitt für das Bestrahlen des ersten und des 25

zweiten Objekts (M, W), eine Fokussiervorrichtung (8) zum Fokussieren des von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebenen Lichtstrahlenbündels, eine Brennpunktlage-Steuervorrichtung (5), mit der die Stelle veränderbar ist, an der das Lichtstrahlenbündel von der Fokussiervorrichtung fokussiert wird, eine erste Meßvorrichtung (10), die zum Erfassen des Einfallzustands des Lichtstrahlenbündels an dem ersten und dem zweiten Objekt das von dem ersten bzw. dem zweiten Objekt reflektierte Lichtstrahlenbündel aufnimmt, um jeweils von der Lage des ersten bzw. zweiten Objekts abhängige Ausgangssignale zu erzeugen, und eine

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zweite Meßvorrichtung (11) zum Ermitteln des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt aus den von der ersten Meßvorrichtung erzeugten Ausgangssignalen.

16. Lagemeßeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch

gekennzeichnet, daß die erste Meßvorrichtung (10) einen Fotosensor (17) mit mehreren konzentrisch angeordneten Lichtaufnahmeflächen (D1, D2) aufweist.

17. Lagemeßeinrichtung für das Einstellen des Abstands zwischen einem ersten und einem zweiten Ojekt, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungsvorrichtung (1 bis 4) zum Erzeugen von Lichtstrahlen für das Bestrahlen des

.,. ersten und des zweiten Objekts (M, W), eine Fokussiervorrichtung (8) zum Fokussieren der von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebenen Lichtstrahlen, eine Brennpunktlage-Steuervorrichtung (5), mit der die Stelle veränderbar ist, an der die Lichtstrahlen von der Fokussiervorrich-

tung fokussiert werden, eine erste Meßvorrichtung (10), ZU

die zum Erfassen des Einfallzustands der Lichtstrahlen an dem ersten und dem zweiten Objekt die von dem ersten bzw. dem zweiten Objekt reflektierten Lichtstrahlen aufnimmt, um jeweils von der Lage des ersten bzw. zweiten Objekts

abhängige Ausgangssignale zu erzeugen, eine zweite Meß-25

vorrichtung (11) zum Ermitteln des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt aus den von der ersten Meßvorrichtung erzeugten Ausgangssignalen und eine Stellvorrichtung (11, 24 bis 26, 34) zum Vergleichen des

von der zweiten Meßvorrichtung ermittelten Abstands 30

zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt mit einem vorbestimmten Bezugswert und zum Ändern des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt gemäß dem Vergleichsergebnis.

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18. Lichtmeßeinrichtung mit einer Ausrichtungseinrichtung für das dreidimensionale Ausrichten eines ersten Objekts auf ein zweiten Objekt, gekennzeichnet durch eine g Beleuchtungsvorrichtung (1 bis 4) zum Erzeugen von Lichtstrahlen für das Bestrahlen des ersten und des zweiten Objekts (M, W), eine Fokussiervorrichtung (8) zum Fokussieren der von der Beleuchtungsvorrichtung abgegebenen Lichtstrahlen, eine Brennpunktlage-Steuervorrichtung (5a bis 5c), mit der die Stelle veränderbar ist, an der die Lichtstrahlen von der Fokussiervorrichtung fokussiert werden, eine erste Meßvorrichtung (10a bis 10c), die zum Erfassen des Einfallzustands der Lichtstrahlen an dem ersten und dem zweiten Objekt die von dem ersten bzw. dem f. zweiten Objekt reflektierten Lichtstrahlen aufnimmt, um jeweils von der Lage des ersten bzw. zweiten Objekts auf einer der drei Dimensionen abhängige Ausgangssignale zu erzeugen, eine zweite Meßvorrichtung (11) zum Ermitteln des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt aus den von der ersten Meßvorrichtung erzeugten Ausgangssignalen, eine dritte Meßvorrichtung (381 b-is 383) zum Erfassen einer Lageabweichung zwischen dem ersten und dem zweiten Objekt in den von der einen Dimension verschiedenen beiden Dimensionen und eine Verstellvorrichtung (34, 241 bis 246) zum Versetzen des ersten Objekts in bezug auf das zweite Objekt gemäß den Ermittlungsergebnissen der zweiten und der dritten Meßvorrichtung.