DE3939837A1 - Zeichenflaeche-einstellvorrichtung zur verwendung mit einer abtastmuster-zeichenvorrichtung - Google Patents
Zeichenflaeche-einstellvorrichtung zur verwendung mit einer abtastmuster-zeichenvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine
Zeichenfläche-Einstellvorrichtung zur Verwendung mit einer
Abtastmuster-Zeichenvorrichtung, wie beispielsweise einem
Laserplotter, der Muster mittels Abtastung mit einem
Laserstrahl beschreibt. Insbesondere betrifft die
Erfindung eine Zeichenfläche-Einstellvorrichtung, die in
der Lage ist, den Abstand zwischen einem optischen System
und dem Werkstück zu erhöhen oder zu verringern, indem
letzteres gegenüber dem ersteren geneigt wird.
Übliche Laserplotter sind darauf abgestellt, Muster zu
zeichnen, die nur eine verhältnismäßig geringe
Genauigkeit erfordern. Bei derartigen Anwendungen liegt
der Durchmesser des Strahlenpunktes, der die
Mindestlinienbreite bestimmt, in der Größenordnung von
30 µm. Um ein Musterzeichnen mit höherer Genauigkeit und
geringerer Linienbreite zu gestatten, muß der
Punktdurchmesser weiter verkleinert werden, indem die
Brennweite der Abtastlinse verkürzt wird. Jedoch hat eine
Abtastlinse mit kürzerer Brennweite unvermeidlicherweise
eine geringere Tiefenschärfe, so daß, falls das
Werkstück, auf dem ein Muster gezeichnet werden soll,
entweder nach oben oder unten gegenüber dem optischen
System verschoben wird, die gesamte Zeichenfläche jenseits
des Scharfeinstellungsbereiches liegen kann. Ist
andererseits die Zeichenfläche gegenüber dem optischen
System geneigt, so kann ein Teil des Abtastfeldes oder
Teilfeldes jenseits des Scharfeinstellungsbereiches
liegen.
Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, muß Vorsorge
getroffen werden, das Ausmaß der Verschiebung oder
Neigung des Werkstückes zu erfassen und die erforderliche
Korrektur durchzuführen. In der Praxis bereitet jedoch
eine Zeichenvorrichtung für ein großes Abtastmuster
beträchtliche Schwierigkeiten bei der Scharfeinstellung
bei verschiedenen Positionen eines einzelnen Abtasthubes,
wobei vertikale Bewegungen der Zeichenfläche zur
Durchführung der Scharfeinstellung ausgeführt werden
müssen. Es ist daher erwünscht, daß die Position der
Zeichenfläche während eines einzelnen Abtasthubes konstant
gehalten wird.
Ferner kann beim vorliegen einer Welligkeit und anderer
Unebenheiten in der Zeichenfläche selbstverständlich eine
zufriedenstellende Musterzeichnung erreicht werden, falls
der Unterschied in der Höhe des Werkstückes innerhalb der
Breite eines einzelnen Abtasthubes innerhalb des
Scharfeinstellungsbereiches liegt. Selbst wenn der
Höhenunterschied auf der horizontalen Zeichentafel
jenseits des Scharfeinstellungsbereiches liegt, kann er
durch Neigen der Zeichentafel so eingestellt werden, daß
er innerhalb des Scharfeinstellungsbereiches liegt.
Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Umstände
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Zeichenfläche-Einstellvorrichtung zu schaffen, die in der
Lage ist, die Zeichenfläche innerhalb des
Scharfeinstellungsbereiches der Abtastlinse zu halten,
selbst wenn die Fläche in Vertikalrichtung verschoben wird
oder selbst wenn eine Welligkeit innerhalb der Breite
eines einzelnen Abtasthubes vorliegt.
Die Erfindung wurde realisiert, um die vorausgehend
beschriebene Aufgabenstellung zu lösen. Hierzu ist die
Zeichenfläche-Einstellvorrichtung erfindungsgemäß dadurch
gekennzeichnet, daß sie umfaßt:
eine Zeichentafel zum Tragen eines Werkstückes, das durch den in einer Richtung gerichteten Abtastlichtstrahl abgetastet werden soll;
eine Transporteinrichtung, auf der die Zeichentafel befestigt ist, um eine Relativbewegung der Zeichentafel und des abtastenden Optiksystems in einer Richtung zu gestatten, die die Richtung der Strahlaufzeichnung rechtwinklig schneidet; eine erste und zweite Antriebsanordnung, die in Richtung der Strahlaufzeichnung in Abstand voneinander liegen und die eine Seite der Zeichentafel in eine Richtung parallel zur Strahlabgaberichtung bewegen;
eine Neigungssteuervorrichtung zum Verschwenken der Zeichentafel gegenüber der Transportvorrichtung, indem eine Antriebsgröße der ersten Antriebsanordnung verschieden von einer Antriebsgröße der zweiten Antriebsanordnung gemacht wird; und
eine Translationsbewegung-Steuervorrichtung zur Erzielung einer Translationsbewegung der Zeichentafel gegenüber der Transportvorrichtung, indem die Antriebsgröße der ersten Antriebsanordnung gleich groß wie jene der zweiten Antriebsanordnung gemacht wird.
eine Zeichentafel zum Tragen eines Werkstückes, das durch den in einer Richtung gerichteten Abtastlichtstrahl abgetastet werden soll;
eine Transporteinrichtung, auf der die Zeichentafel befestigt ist, um eine Relativbewegung der Zeichentafel und des abtastenden Optiksystems in einer Richtung zu gestatten, die die Richtung der Strahlaufzeichnung rechtwinklig schneidet; eine erste und zweite Antriebsanordnung, die in Richtung der Strahlaufzeichnung in Abstand voneinander liegen und die eine Seite der Zeichentafel in eine Richtung parallel zur Strahlabgaberichtung bewegen;
eine Neigungssteuervorrichtung zum Verschwenken der Zeichentafel gegenüber der Transportvorrichtung, indem eine Antriebsgröße der ersten Antriebsanordnung verschieden von einer Antriebsgröße der zweiten Antriebsanordnung gemacht wird; und
eine Translationsbewegung-Steuervorrichtung zur Erzielung einer Translationsbewegung der Zeichentafel gegenüber der Transportvorrichtung, indem die Antriebsgröße der ersten Antriebsanordnung gleich groß wie jene der zweiten Antriebsanordnung gemacht wird.
Die erfindungsgemäße Zeichenfläche-Einstellvorrichtung
der Erfindung zur Verwendung mit einer
Abtastmuster-Zeichenvorrichtung eignet sich nicht nur zur
Bewegung der Zeichentafel in Vertikalrichtung, sondern
auch zum Schwenken derselben. Daher ist die Möglichkeit,
die Zeichenfläche innerhalb des
Scharfeinstellungsbereiches einer Abtastlinse zu bringen
erhöht, selbst wenn die Zeichenfläche eine Welligkeit oder
andere Unebenheiten innerhalb der Breite eines einzigen
Abtasthubes aufweist.
In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Laserfotoplotters
mit einer Zeichenfläche-Einstellvorrichtung
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
Fig. 2 eine Vorderansicht des gleichen
Laserfotoplotters;
Fig. 3 einen Grundriß des gleichen
Laserfotoplotters;
Fig. 4 einen Grundriß eines X-Koordinatentisches;
Fig. 5 einen Querschnitt der Fig. 4, gesehen in
Richtung der Pfeile V;
Fig. 6 einen Querschnitt der Fig. 4, gesehen in
Richtung der Pfeile VI;
Fig. 7 einen Grundriß eines Y-Koordinatentisches;
Fig. 8 eine Seitenansicht des gleichen
Y-Koordinatentisches;
Fig. 9 einen Querschnitt der Fig. 7, gesehen in
Richtung der Pfeile IX;
Fig. 10 einen Querschnitt der Fig. 7, gesehen in
Richtung der Pfeile X;
Fig. 11 einen Querschnitt der Fig. 7, gesehen in
Richtung der Pfeile XI;
Fig. 12 eine Seitenansicht der Fig. 11;
Fig. 13 eine perspektivische Darstellung, die
schematisch die Anordnung der optischen
Elemente darstellt, die im Laserfotoplotter
der Fig. 1 verwendet werden;
Fig. 14 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau
des f theta-Linsenträgers darstellt, der im
Fotoplotter nach Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 15 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht,
die eine Autofokus (AF)-Detektoreinheit
darstellt, die in obiger Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird;
Fig. 16 einen Grundriß der Fig. 15, gesehen mit
Blickrichtung in die Zeichenfläche;
Fig. 17 einen teilweise weggebrochenen Grundriß,
der die Kontroll-Detektoreinheit darstellt,
die in der vorstehenden Ausführungsform der
Erfindung verwendet wird;
Fig. 18 eine Seitenansicht der Fig. 17, gesehen in
Richtung eines Pfeiles A;
Fig. 19 eine perspektivische Ansicht eines
Rahmenelementes;
Fig. 20 eine teilweise vergrößerte Darstellung der
Fig. 17;
Fig. 21 einen Querschnitt der Fig. 17, gesehen in
Richtung der Pfeile XXI;
Fig. 22 ein Blockschaltbild des Steuersystems, das
in der vorstehenden Ausführungsform der
Erfindung verwendet wird;
Fig. 23 und 24 Darstellungen, die zwei Methoden einer
Erfassung der Position der Zeichenfläche
angeben;
Fig. 25 eine Darstellung, die die Neigung oder
Welligkeit der Zeichenfläche angibt;
Fig. 26 eine schematische Darstellung einer
AF-Antriebsanordnung;
Fig. 27 eine Darstellung, die die Grundgedanken
einer AF-Erfassung und Steuerung angibt; und
Fig. 28 eine Ablaufdarstellung für den AF-Vorgang.
Die erfindungsgemäße Zeichenfläche-Einstellvorrichtung
wird anschließend unter Bezugnahme auf eine bevorzugte
Ausführungsform in Verbindung mit einem Laserfotoplotter
beschrieben, der ein genaues Muster auf ein Werkstück, wie
beispielsweise einen fotografischen Film, zeichnet.
Das Gesamtsystem der Vorrichtung wird zunächst schematisch
unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 erläutert.
Die Vorrichtung besteht hauptsächlich aus einem
Hauptkörper (1) mit einem darauf aufgebrachten X-Tisch
(100) und einem Y-Tisch (200) sowie einer Optikkopfeinheit
(4), die über den Tischen mittels Tragsäulen (2, 3)
befestigt ist, die sich an den gegenüberliegenden Enden
der Längserstreckung des Hauptkörpers (1) befinden. Der
X-Tisch (100) kann in einer Richtung am Rahmen des
Hauptkörpers (1) verschoben werden und wird mit einem
X-Achse-Motor (101) über eine Kugelspindel (102)
angetrieben. Der Y-Tisch (200) ist längs Führungsschienen
am X-Tisch (100) verschiebbar und wird mittels eines
Y-Achse-Motors (201) über eine Kugelspindel (202)
angetreben. Gemäß Fig. 3 wird eine Zeichentafel (300) am
Y-Tisch durch drei AF-Steuereinheiten (310, 320, 330)
derart gehalten, daß sie vertikale Bewegungen und eine
Schwenkbewegung durchführen kann.
Die Optikkopfeinheit (4) enthält optische Abtastelemente,
wie einen Polygonalspiegel (450), zur Ablenkung des
Strahles eines Abtastlasers (400) und eine f theta-Linse
(500), durch welche der vom Polygonalspiegel (450)
reflektierte Strahl an der Zeichenfläche konvergiert wird.
Eine laserbetätigte Meßvorrichtung ist ebenfalls
vorgesehen, um die Tische genau zu positionieren. Diese
Meßvorrichtung ist von bekannter Bauart, bei welcher der
Strahl eines Lasers (460) in zwei Komponenten geteilt
wird, wovon eine von einer X-Achse-Spiegeleinheit (470) ,
die am X-Tisch (200) befestigt ist, reflektiert wird und
wovon die andere von einem Y-Achse-Spiegel (480)
reflektiert wird, der ebenfalls am Y-Tisch (200) befestigt
ist, wobei der reflektierte Strahl erfaßt wird, um die
Verschiebungsgrößen der jeweiligen Tische zu messen. Der
Polygonalspiegel (450) ist an einer Spindeleinheit (451)
an einem Ende der Optikkopfeinheit (4) befestigt und ist
frei in einer Ebene drehbar, die senkrecht zur
Zeichentafel (300) verläuft.
Wie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, verwendet ein
bekanntes System zur Musterzeichnung mit Hilfe einer
Vektorabtastung ebenfalls einen XY-Koordinatentisch.
Jedoch war die Wirkung der beiden Achsen völlig
mechanisch, da die Strahlrichtung festgelegt war, was zu
geringen Zeichengeschwindigkeiten führte. Daher wurde ein
verbessertes System entwickelt, indem die Tische in die
Lage versetzt wurden, auf einer einzigen Achse gesteuert
zu werden. Beim verbesserten System werden die Tische
veranlaßt, sich nur in eine Richtung zu verschieben und
die Muster werden durch eine Rasterabtastung der
Zeichenfläche mit einem Optikkopf geschrieben, der als
optisches Abtastsystem bezeichnet ist. Jedoch ist der
bekannte Rasterabtaster vorgesehen, um Muster mit
verhältnismäßig geringer Präzision zu zeichnen und der
Durchmesser des Strahlenpunktes, der die minimale
Linienbreite bestimmt, beträgt näherungsweise 30 µm.
Falls das Zeichnen eines genaueren Musters gefordert wird,
muß eine lichtstärkere Abtastlinse mit kürzerer
Brennweite und daher kleinerer F/Zahl verwendet werden, um
die Punktgröße zu verringern. In diesem Falle ist jedoch
bei gleichem Abtastwinkel die Abtastbreite verringert, und
desgleichen der Scharfeinstellbereich.
Um dieser Schwierigkeit zu begegnen, ist die in Frage
stehende Vorrichtung so entworfen, daß, anstelle einer
Abdeckung der gesamten Breite der Zeichenfläche in
Richtung der Hauptabtastung durch einen einzigen
Abtasthub, die Breite in eine Mehrzahl Streifen unterteilt
ist, und die Tische werden um zwei Achsen bewegt, um
sicherzustellen, daß ein Muster über die gesamte Breite
in der Hauptabtastrichtung mittels mehrer Abtasthübe
gezeichnet werden kann. In diesem Zusammenhang sollte
erwähnt werden, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung,
die in der Hauptsache eine Rasterabtastung verwendet, die
Tische nicht wie beim bekannten Vektorabtaster in beiden
Richtungen antreiben muß, und der Antrieb um jede Achse
während des Musterzeichnens wird nur in eine Richtung
durchgeführt, um mögliche Wirkungen eines toten Ganges zu
eliminieren.
Das Problem eines geringen Tiefenschärfebereiches wird
erfindungsgemäß durch Anordnung einer Autofokus
(AF)-Einrichtung und einer vertikalen Bewegung der
Zeichentafel (300) gegenübr der Optikkopfeinheit (4)
gelöst, so daß sie immer in der richtigen Stellung
gehalten wird.
Der grundlegende Betrieb des Systems ist wie folgt.
Der X-Tisch (100), der sich gegenüber der festliegenden
Optikkopfeinheit (4) bewegt, wird mit einem Strahlpunkt
zum Musterzeichnen abgetastet. Ist die Abtastung in
X-Achse-Richtung zum Abdecken einer vorgegebenen Breite
beendet, so wird der Y-Tisch (200) um einen Betrag
entsprechend dieser Abtastbreite bewegt und der X-Tisch
(100) wird in die gleiche Position zurückgebracht, in der
er sich bei Beginn des Schreibvorganges befand. Die
Bewegung des X-Tisches (100) wird wieder aufgenommen und
das Muster wird am Werkstück durch fortgesetztes Abtasten
gezeichnet.
Der Aufbau des X- und des Y-Tisches wird nachstehend im
einzelnen beschrieben.
Wie in den Fig. 4 bis 6 dargestellt ist, hat der X-Tisch
(100) einen dualen Aufbau, der aus einem Haupttisch (110)
besteht, der im mittigen Teil angeordnet ist, damit auf
ihn die Antriebskraft des X-Achse-Motors (101) direkt
übertragen wird, und einen Arbeitstisch (150), der den
Haupttisch umgebend derart angeordnet ist, daß er in der
gleichen Richtung verschiebbar ist und der mit ihm mit
Hilfe von vier Blattfedern (130, 131, 132, 133) (siehe
Fig. 4) gekoppelt ist.
Gemäß den Fig. 4 und 5 ist der Haupttisch (110) mit vier
horizontalen Rollen (111, 112, 113, 114) ausgestattet, die
seitlich gegen eine Hauptschiene (1 a) am Hauptkörper (1)
anliegen, um die Richtung zu bestimmen, in der sich der
Haupttisch verschieben soll, und vier vertikale Rollen
(115, 116, 117, 118), die gegen die Hauptschiene (1 a) von
oben anliegen, um das Gewicht des Haupttisches
aufzunehmen. Eine Mutter (120), die in Gewindeeingriff mit
der Kugelspindel (102) steht, ist am Haupttisch (110)
befestigt und erzeugt während der Drehung des
X-Achse-Motors (101) eine Antriebskraft in
X-Achse-Richtung.
Die horizontalen Rollen werden von Platten (121, 122, 123,
124) an den vier Ecken des Haupttisches (110) gehalten und
jeweils zwei Halteplatten, die einander über die
Hauptschiene (1 a) zugewandt sind, werden durch ein
Verstärkungselement in Plattenform (125) gemäß Fig. 5
verbunden.
Der Arbeitstisch (150) ist mit vier horizontalen Rollen
(151, 152, 153, 154) versehen, die seitlich gegen die
Hauptschiene (1 a) anliegen, um die Richtung zu bestimmen,
in der sich der Arbeitstisch verschieben soll, und mit
vier vertikalen Rollen (155, 156, 157, 158), die nach
unten gegen Hilfsschienen (1 b, 1 c) anliegen, die am
Hauptkörper (1) mittels der Hauptschiene angebracht sind
und die das Gewicht des Arbeitstisches aufnehmen. Die
jeweiligen horizontalen Rollen werden durch Winkelstücke
(160, 161, 162, 163) gehalten, die mit dreieckförmigen
Platten verstärkt sind. Der Arbeitstisch (150) ist
ebenfalls mit einer Hauptschiene (170) und Hilfsschienen
(171, 172) zum Halten des Y-Tisches (200) ausgestattet,
die rechtwinklig zu den Schienen des Hauptkörpers (1)
verlaufen.
Gemäß der vorstehend beschriebenen Anordnung wird die
Antriebskraft des X-Achse-Motors (201), die auf den
Haupttisch (110) ausgeübt wird, auf den Arbeitstisch (150)
über die vier Blattfedern (130, 131, 132, 133) übertragen,
wodurch der Arbeitstisch veranlaßt wird, sich zu
verschieben. Da die Blattfedern derart angeordnet sind,
daß sie eine Steifigkeit in der Richtung aufweisen, in
der sich der Arbeitstisch (150) verschiebt, wird die vom
Haupttisch (110) aufgenommene Druckkraft unverändert auf
den Arbeitstisch (150) übertragen. Andererseits sind diese
Blattfedern in einer Richtung senkrecht zur
Verschiebebewegung elastisch, so daß, falls sich der
Haupttisch (110), bedingt durch eine Kraftkomponente in
radialer Richtung seitlich bewegt, die Blattfedern, die
seitliche Bewegung absorbieren und es allein der Kraft in
Druckrichtung gestatten, auf den Arbeitstisch (150)
übertragen zu werden. Somit kann eine seitliche Bewegung
des Arbeitstisches (150) wirksam unterdrückt werden, ohne
daß irgendwelche speziellen Einrichtungen, wie
beispielsweise ein elektrischer Kompensator, verwendet
werden, und nachteilige Einwirkungen, die sonst während
einer genauen Musterzeichnung im Hinblick auf Fehler in
der Bewegung der Tische eintreten könnten, werden durch
eine einfache Anordnung beseitigt.
Fig. 7 stellt den Y-Tisch (200) dar. Sein Aufbau ist im
Grunde der gleiche wie jener des vorstehend beschriebenen
X-Tisches (100), mit einem Haupttisch (210), der über vier
Blattfedern (230, 231, 232, 233) mit einem Arbeitstisch
(250) gekoppelt ist. Der Haupttisch (210) ist mit vier
horizontalen Rollen (210, 212, 213, 214) ausgestattet, die
sich seitlich gegen die Hauptschiene (170) am Arbeitstisch
(150) im X-Tisch (100) anlegen, um die Richtung zu
bestimmen, in der der Haupttisch sich verschieben soll,
und mit vertikalen Rollen (215, 216, 217, 218), die sich
von oben her gegen die Hauptschiene (170) anlegen, um das
Gewicht des Haupttisches (210) aufzunehmen. Eine Mutter
(220), die im Gewindeeingriff mit der Kugelspindel (202)
steht, ist am Haupttisch (210) befestigt und erzeugt eine
Kraft, um diesen während der Drehung des Y-Achse-Motors
(201) in der Y-Achse-Richtung anzutreiben.
Der um den Haupttisch (210) angeordnete Arbeitstisch (250)
ist mit vier horizontalen Rollen (251, 252, 253, 254)
ausgestattet, die sich seitlich gegen die Hauptschiene
(170) am X-Tisch (100) legen, um die Richtung zu
bestimmen, in der der Arbeitstisch sich verschieben soll,
und mit vertikalen Rollen (255, 265, 257, 258), die sich
gegen die Hilfsschienen (171, 17) am X-Tisch (100) von
oben her legen, um das Gewicht dieses Arbeitstisches
aufzunehmen. Der Arbeitstisch (250) ähnelt einer
Rahmenform mit zentraler Öffnung (260). Der Arbeitstisch
(250) ist mit einer ersten AF-Antriebseinheit (310) an
einer Seite in einer Richtung senkrecht zu der Richtung
ausgestattet, in der sich der Arbeitstisch verschiebt und
er ist ferner mit einer zweiten und einer dritten
AF-Antriebseinheit (320, 330) an der anderen Seite
jenseits der Öffnung (260) ausgestattet.
Wie in Fig. 8 dargestellt ist, macht eine Seite der
Zeichentafel (300) an einer Stelle Kontakt mit dem Ende
einer Kugelspindel (311) in der ersten AF-Antriebseinheit
(310) über ein zylindrisches Anschlagelement (340), und
die andere Seite ist über zwei Lagerelemente (360)
schwenkbar an einem vertikal bewegbaren Teil (350)
befestigt, der mittels der zweiten und dritten
AF-Antriebsenheit (320, 330), die durch das gleiche Signal
gesteuert werden, parallele, vertikale Bewegungen
durchführt. Da die zweite und dritte AF-Antriebseinheit
durch das gleiche Signal gesteuert werden, verschwenkt
sich die Zeichentafel nur um eine Achse. Die Neigung der
Zeichenfläche kann ein Problem sein, was die Richtung der
Hauptabtastung betrifft, da diese in enger Beziehung mit
der Tiefenschärfe der f theta-Linse steht. Hinsichtlich
der Unter-Abtastrichtung stellt eine gewisse Größe einer
Neigung kein Problem bezüglich eines einzelnen
Abtastfeldes dar, da diese durch vertikale Bewegung der
gesamten Zeichenfläche anschließend an deren
Verschiebebewegung eliminiert werden kann.
Wie in den Fig. 7 und 9 dargestellt ist, wobei letztere
einen Querschnitt der Fig. 7, gesehen in Richtung der
Pfeile IX, angibt, umfaßt die erste AF-Antriebseinheit
(310) einen ersten Wechselstrommotor (312), eine in einem
Getriebegehäuse (313) angeordnete Schnecke (314), die über
eine Kupplung (312 a) mit der Motorwelle verbunden ist, ein
Schneckenrad (315) und ein erstes Stirnrad (316), die
koaxial im Getriebegehäuse (316) aufgenommen werden, und
ein zweites Stirnrad (317), das durch einen schraubbaren
Eingriff mit dem ersten Stirnrad (316) drehbar ist. Eine
drehbare Achse (315 a), an der das Schneckenrad (315) und
das erste Stirnrad (316) befestigt sind, ist am
Getriebegehäuse (313) über an entgegengesetzten Enden
angebrachte, einen einzelnen Laufring aufweisende
Kugellager (315 b, 315 c) angebracht.
Die drehbare Welle des zweiten Stirnrades (317) ist die
vorstehend erwähnte Kugelspindel (311), die in
Gewindeeingriff mit einer am Arbeitstisch (250)
befestigten Mutter (318) steht. Das erste Stirnrad (316)
hat solche Dicke, daß ein Spielraum sowohl oben als auch
unten vorhanden ist, um ein Lösen vom zweiten Stirnrad
(317) zu verhindern, selbst wenn es vertikal durch die
Wirkung der Kugelspindel (311) bewegt wird. Die
Kugelspindel (311) hat an ihrem Ende einen Schuh (311 a)
und ein Kugelelement (341), das durch diesen Schuh (331 a)
kontaktiert werden soll, ist drehbar am Anschlagelement
(340) mittels eines einreihigen Kugellagers (342)
befestigt.
Entsprechend der vorausgehend beschriebenen Anordnung
wird, wenn der erste Wechselstrommotor (312) betrieben
wird, auf die Kugelspindel (311) über die
Zahnradanordnungen eine Drehkraft übertragen, und somit
kann eine Seite der Zeichentafel (300) entsprechend dem
Ausmaß, in welchem der Motor umläuft, vertikal bewegt
werden.
Gemäß den Fig. 7 und 10, wobei letztere einen Querschnitt
der Fig. 7, gesehen in Richtung der Pfeile X, darstellt,
überträgt die dritte AF-Antriebseinheit (330) die
Antriebskraft eines dritten Wechselstrommotors (331) über
eine Kupplung (331 a) auf eine in einem Getriebegehäuse
(333) angeordnte Schnecke (334), wodurch sowohl ein
Schneckenrad (335), das in Eingriff mit der Schnecke
steht, und auch ein erstes Stirnrad (336), das koaxial zum
Schneckenrad liegt, gedreht werden. Die dritte
AF-Antriebseinheit dreht ferner ein zweites Stirnrad
(337), das in Eingriff mit dem ersten Stirnrad (336)
steht, durch vertikale Bewegungen einer Kugelspindel (338)
veranlaßt werden, die in einem Gewindeeingriff mit einer
Mutter (339) steht. Ein Schuh (338 a) am Ende der
Kugelspindel (338) steht in Kontakt mit einem Kugelelement
(351 a) in einem Anschlagelement (351), das an dem vertikal
bewegten Teil (350) befestigt ist.
Zwei zylindrische lineare Buchsen (280) stehen vom
Arbeitstisch (250) nach oben vor und sind im Zylinder
(352) eingeschoben, die an den entgegengesetzten Enden des
vertikal beweglichen Teils (350) befestigt sind.
Die vorstehende Beschreibung der dritten
AF-Antriebseinheit gilt gleichermaßen für die zweite
AF-Antriebseinheit (320). Das heißt, das vertikal
bewegliche Teil (350) bewegt sich vertikal unter Führung
durch die linearen Buchsen, wenn der zweite und dritte
Wechselstrommotor laufen.
Das sich vertikal bewegende Teil (350) und die Zeichentafel
(300) werden durch die Kugellagerelemente (360) verbunden,
die, wie in Fig. 11 (ein Querschnitt der Fig. 7, gesehen
in Richtung der Pfeile XI) und Fig. 12 (eine Seitenansicht
der Fig. 11) dargestellt ist, jeweils aus einer Platte
(361) bestehen, die an dem vertikal bewegten Teil (350)
befestigt ist, einem Tragarm (361 a), der sich vertikal von
der befestigten Platte weg erstreckt, einer Halterung
(361), die eine Schwenkachse (362) hält und die in den
Tragarm (361 a) eingefügt ist, einem Schwenkelement (365),
das schwenkbar über ein kombiniertes Schrägkugellager
(364) an einer Drehachse angeordnet ist, und einer
Zeichentafelhalterung (366), die fest mit dem
Schwenkelement (365) verbunden ist und an der die
Zeichentafel (350) befestigt werden soll. Die Schwenkachse
(362) wird an beiden Enden mittels einer Sicherungsmutter
(367) befestigt. Die beschriebene Anordnung gewährleistet,
daß der vertikal bewegbare Teil (350) mit der
Zeichentafel (300) derart verbunden ist, daß letztere
verschwenkbar ist.
Die Anordnung der optischen Elemente, die in der in Frage
stehenden Anordnung verwendet werden, wird nachfolgend
unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 13 beschrieben, wobei
letztere eine perspektivische Darstellung ist, die
schematisch nur die in Fig. 3 gezeigten optischen Elemente
angibt. Gleiche Elemente werden in den beiden Zeichnungen
mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der in Frage stehende Fotoplotter teilt den Laserstrahl
aus dem abtastenden Laser (400) in drei Teilstrahlen auf,
wovon zwei dazu verwendet werden, auf der Zeichenfläche
Punkte zu bilden, und der Rest wird als Kontrollicht zur
Erfassung der genauen Positionen dieser Punkte verwendet.
Abhängig von der Drehung des Polygonalspiegels (450)
tasten die beiden Punkte auf der Zeichenfläche
gleichzeitig jene Bereiche auf benachbarten Abtastlinien
ab, die in Richtung der Hauptabtastung in Abstand
voneinander liegen. Ein Abstand ist in der
Hauptabtastrichtung vorgesehen, da der Abstand zwischen
benachbarten Abtastlinien auf einen kleineren Wert
eingestellt ist als der Durchmesser des Strahlpunktes,
womit eine genaue Musterzeichnung gewährleistet wird,
wobei, falls kein Abstand in der Hauptabtastrichtung
vorgesehen ist, zwei Punkte sich teilweise überlappen
können und durch ihre Überlagerung eine Instabilität in
der Zeichnungsdurchführung einführen.
Ein polarisierender Strahlenteiler, der zwei Lichtstrahlen
in Richtungen polarisiert, die im rechten Winkel
zueinander liegen, wird gewöhnlich dazu verwendet,
derartige Strahlen in eine optische Bahn zusammenzusetzen.
Falls es jedoch gewünscht wird, den aus einer einzelnen
Lichtquelle austretenden Strahl in drei Teile zu spalten
und diese in einen einzigen Strahl zu rekombinieren, so
daß er durch das gleiche Ablenkelement wie im unmittelbar
vorstehend beschriebenen Fall abgetastet werden kann, ist
das Verfahren der Ausführung eines Teilens und
Zusammensetzens allein auf der Grundlage der
Polarisationsrichtung keinesfalls effektiv.
Das in den Fig. 3 und 13 dargstellte optische System
verwendet eine spezielle Technik, um die vorausgehend
beschriebene Schwierigkeit zu überwinden. Gemäß dieser
Technik werden die das Muster zeichnenden Lichtstrahlen
von einem Kontrollstrahl unterschieden, indem die
Polarisation ausgenützt wird, und die beiden
Musterzeichnungsstrahlen werden auf die gleiche Linse
gerichtet, jedoch in verschiedenen Richtungen, damit sie
in der gleichen optischen Bahn zusammengesetzt werden.
Dieses Verfahren des Zusammensetzens ist gestattet, da,
wie bereits erwähnt, Musterzeichnungspunkte in Bereichen
gebildet werden, die in Richtung der Hauptabtastung in
Abstand voneinander liegen.
Laserlicht, das von dem abtastenden Laser (400) austritt,
gelangt durch einen Verschluß (401) und wird beim
Durchtritt durch einen 5% reflektierenden,
halbverspiegelten Spiegel (402) in zwei Teile geteilt. Das
von diesem halbverspiegelten Spiegel (402) reflektierte
Licht wird als Kontrollicht (L 0) verwendet. Das durch den
halbverspiegelten Spiegel (402) hindurchtretende Licht hat
seine Polarisationsrichtung mittels einer ersten
Lambda/2-Platte (403) um 90° gedreht, so daß es als
S-polarisierte Komponente gegen einen akusto-optischen
(AO) Wandler (Ultraschall-optischen Wandler) gerichtet
wird. Dieses Licht wird ferner durch einen ersten
Strahlenteiler (404), der 50% Reflexion aufweist (d. h.
50% durchläßt) in Teile aufgespalten. Die resultierenden
beiden Teilstrahlen werden als Musterzeichnungslicht zur
Bildung zweier in Abstand liegender Punkte auf der
Zeichenfläche verwendet.
Ein erster Musterzeichnungsteilstrahl (L 1), der vom ersten
Strahlenteiler (404) reflektiert wird, wird weiter durch
eine Strahlumlenkeinrichtung (405) reflektiert und durch
eine Linse (406) gesammelt, um an der Position des ersten
Musterzeichnungs-AO-Wandlers (407) zu konvergieren. Der
AO-Wandler (407) empfängt Laserlicht, das in einer
Richtung einfällt, die der Bragg-Bedingung genügt und
bricht dieses einfallende Licht, abhängig von einem dem
Wandler zugeführten ultraschall-elektrischen
Eingangssignal. Durch Ein- und Ausschalten des
Ultraschalleingangs kann das in den AO-Wandler (407)
eingeführte Licht von einem Licht nullter Ordnung in ein
Licht erster Ordnung (primäres Licht) und umgekehrt
umgewandelt werden, und das primäre Licht wird für die
Musterzeichnungsstrahlen verwendet. Der AO-Wandler (407)
wird durch ein Schreibsignal gesteuert, das Daten
bezüglich der an der Zeichenfläche durchzuführenden
punktförmigen Belichtung enthält.
Das modulierte EIN-Licht (primäres Licht) wird durch eine
Linse (408) hinter dem AO-Wandler (407) kollimiert und der
resultierende parallele Lichtstrahl wird über einen
vorgegebenen Winkel abgelenkt, während er durch eine erste
und zweite Einheit (410, 420) zur Feinabstimmung der
optischen Achse hindurchtritt, wobei jede der Einheiten
(410, 420) aus zwei Prismen besteht. Das abgelenkte Licht
wird zu einer ersten Linseneinheit (430) geführt, nachdem
es sich sehr nahe am Rande einer Strahlumlenkeinrichtung
(409) bewegt hat.
Ein zweiter Musterzeichnungsteilstrahl (L 2), der durch den
ersten Strahlenteiler (404) übertragen wurde, wird durch
einen Durchtritt durch eine Linse (406′) konvergiert und
einem zweiten Musterzeichnungs-AO-Wandler (407′)
zugeführt. Die Funktion des AO-Wandlers (407′) ist die
gleiche wie jene des ersten Musterzeichnungs-AO-Wandlers
(407), außer daß er durch ein Abtastsignal gesteuert
wird, das eine Linie von der Linie entfernt ist, die durch
das Eingangssignal zum ersten Musterzeichnungs-AO-Wandler
(407) abgetastet werden soll.
Das primäre Licht, das aus dem zweiten
Musterzeichnungs-AO-Wandler (407′) austritt, wird durch
eine Linse (408′) geleitet und um einen vorgegebenen
Winkel abgelenkt, während es durch eine dritte Einheit
(410′) zur Feinabstimmung der optischen Achse, eine
Strahlablenkeinrichtung (431), und eine vierte Einheit
(420′) zur Feinabstimmung der optischen Achse
hindurchtritt. Jede der Achse-Abstimmeinheiten (410′,
420′) besteht aus zwei Prismen. Das abgelenkte primäre
Licht wird durch die Kante der Strahlumlenkeinrichtung
(409) reflektiert und in die erste Linseneinheit (430)
eingeführt.
Um eine Anzahl Punkte auf der Bildebene um geringe Beträge
zu trennen, während eine hohe Konvergenz eines jeden
Punktes gewährleistet ist, müssen die Abtastlichtstrahlen
an der gleichen Position an der Ablenkeinrichtung in
solcher Weise zusammengesetzt werden, daß sie ausreichend
kleine Winkel haben. Zu diesem Zweck sind eine
Feineinstellung und eine Einstellung sowohl des Winkels
als auch der Position erforderlich. Es müssen besondes
enge Toleranzen bezüglich der Winkelrichtung eingehalten
werden, da ein Fehler in dieser Hinsicht sich auf der
Bildebene vervielfacht. Eine zufriedenstellende
Genauigkeit kann durch Einstellung mit Spiegeln nicht
erreicht werden.
Somit werden, wie bereits vorstehend beschrieben wurde,
zwei Einheiten zur Feinabstimmung der optischen Achse für
jeden optischen Strahlengang in dem in Frage stehenden
System zwecks Einstellung der Richtung der Lichtstrahlen
und des Betrages ihrer Verschiebung mit kleinen
Schrittweiten vorgesehen. Aus dem gleichen Grund werden
eine fünfte und sechste Einheit (410′′, 420′′) für die
Feineinstellung der optischen Achse für das Kontrollicht
(L 0) vorgesehen.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden der erste
und zweite Musterzeichnungslichtstrahl (L 1, L 2) derart
gerichtet, daß ihre Mittelachsen einen Winkel von 0,27°
in Richtung der Hauptabtastung und einen Winkel von 0,034°
in Unterabtastrichtung bilden, und so daß sie gegen die
erste Linseneinheit (430) jeweils aus einer um 3,8 mm in
Hauptabtastrichtung und um 0,48 mm in Unterabtastrichtung
entfernten Position gerichtet werden.
Die erste Linseneinheit (430), die die Lichtstrahlen
einläßt, die von den Abstimmeinheiten (420, 420′)
reflektiert werden, ist eine positive Linseneinheit, die
aus einem positiven, einem negativen und einem positiven
Element gemäß Tabelle 5 besteht. Diese Linseneinheit
konvergiert das einfallende Laserlicht. Ein
kompensierender AO-Wandler (432), der die Wirkung
kompensiert, die durch Verschwenken des Polygonalspiegels
(450) verursacht wird, ist vor dem Punkt der Kondensierung
durch die erste Linseneinheit (430) in einem Luftabstand
von 62 mm angeordnet.
Das Musterzeichnungslaserlicht, das aus dem
kompensierenden AO-Wandler (432) austritt, tritt durch
eine Relaislinseneinheit hindurch, die aus einem positiven
und einem negativen Element besteht und wird anschließend
gegen eine zweite Linseneinheit (434) gerichtet, die aus
einem negativen und positiven Element besteht.
Die Amplitude des Musterzeichnungslaserlichtes, das erneut
durch die zweite Linseneinheit (434) kollimiert wird, wird
durch eine regelbare Filtereinheit (435) eingestellt und
das Licht wird von einer Strahlumlenkeinrichtung (436)
reflektiert, um in einen ersten polarisierenden
Strahlenteiler (437) einzutreten, wo es mit dem
Kontrollicht kombiniert wird. Das Kontrollicht, das von
dem halbverspiegelten Spiegel (402) reflektiert wurde,
wird ferner durch eine Strahlumlenkeinrichtung (438)
reflektiert und durch die fünfte und sechste
Abstimmeinheit (410′′, 420′′) für die optische Achse um
einen vorgegebenen Winkel abgelenkt. Das abgelenkte Licht
wird von den Strahlumlenkeinrichtungen (439, 440)
reflektiert und als S-polarisierte Komponente dem ersten
polarisierenden Strahlenteiler (437) zur Reflexion
zugeführt.
Die beiden Musterzeichnungsstrahlen werden durch die erste
Lambda/2-Platte (403) für eine andere Richtung als das
Kontrollicht polarisiert und werden als P-polarisierte
Komponente dem ersten polarisierenden Strahlenteiler (437)
zur Übertragung zugeführt.
Die beiden Musterzeichnungsstrahlen und der Kontrollstrahl
haben ihre Polarisierungsrichtung um 90° durch eine zweite
Lambda/2-Platte (441) gedreht und werden
aufeinanderfolgend durch eine dritte Linseneinheit (442)
geleitet, die aus einem negativen, einem positiven, einem
negativen und einem positiven Element besteht, aus einer
Strahlumlenkeinrichtung (443) und einer vierten
Linseneinheit (444), die aus zwei positiven Elementen
besteht. Die aus der vierten Linseneinheit (444)
austretenden Strahlen werden durch drei
Strahlumlenkeinrichtungen (445, 446, 447) geleitet und
gegen die Polygonalspiegel (450) gerichtet, durch den sie
reflektiert und abgelenkt werden.
Die erste und zweite Linseneinheit (430, 434) bilden eine
erste Strahldehnereinheit, die sich für eine Vergrößerung
um den Faktor 1,67 eignet, was einen Strahl mit einem
Durchmesser von 0,7 auf einen Durchmesser von 1,17
verbreitert. Die dritte und vierte Linseneinheit (442,
444) bilden eine zweite Strahldehnereinheit, die sich für
eine Vergrößerung um den Faktor 21,4 eignet, was die
beiden Musterzeichnungsstrahlen von einem Punkt mit einem
Durchmesser von 1,17 auf einen Durchmesser von 25
verbreitert.
Die Relaislinseneinheit (433) spielt keine Rolle für die
Vergrößerungen dieser Strahldehnereinheiten; vielmehr
macht sie den kompensierenden AO-Wandler (432)
konjugierbar mit den Reflexionsflächen des
Polygonalspiegels (450) und kompensiert nicht nur die
Verschwenkung des Polygonalspiegels sondern, auch jegliche
nachfolgende Strahlverschiebung, die am Polygonalspiegel
auftritt.
Die reflektierenden Flächen des Polygonalspiegels (450)
unterliegen einem Schwenkwinkel, d. h. einer Neigung
gegenüber der Drehachse, bedingt durch einen
Bearbeitungsfehler oder irgendeinen anderen Faktor und
sooft eine verschiedene Reflexionsfläche verwendet wird,
weicht die Abtastlinie in Richtung einer Unterabtastung
ab, die normal zur Abtastrichtung durch einen Strahlpunkt
ist. Wird ein AO-Wandler lediglich zwischen der
Lichtquelle und der Ablenkeinrichtung vorgesehen, um eine
Feinablenkung des Einfallswinkels in der
Unterabtastrichtung zu bewirken, so kann die
Winkelabweichung des einfallenden Lichtes als Folge einer
Verschwenkung korrigiert werden, jedoch tritt dann eine
seitliche Verschiebung im reflektierten Licht auf. Diese
seitliche Verschiebung veranlaßt das an der f theta-Linse
einfallende Licht zu einer Abweichung in der
Unterabtastrichtung und es können Schwierigkeiten
auftreten, wie beispielsweise eine Verschlechterung der
Linsenleistung, eine Krümmung der Abtastlinie, und sogar
gelegentlich eine Vignettierung durch die Linsenhülse.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden sind der
kompensierende AO-Wandler (432) und der Polygonalspiegel
(450) in dem in Frage stehenden System so bemessen, daß
sie zueinander optisch konjugierbar sind. Der Ausdruck
"optisch konjugierbar" bedeutet nicht notwendigerweise,
daß die beiden Vorrichtungen einer Abbildungsbeziehung
genügen, sondern ist dahingehend zu verstehen, daß,
soweit die Hauptstrahlen betroffen sind, eine
Winkelabweichung des Lichtes nicht zu einer
Positionsabweichung führt.
Die reflektierten Strahlen vom Polygonalspiegel (450)
werden durch die f theta-Linse (500) mit einer Brennweite
von 151 mm konvergiert. Die Musterzeichnungsstrahlen
werden durch einen zweiten polarisierenden Strahlenteiler
(448) übertragen, damit zwei Punkte mit einem Durchmesser
von 5 µm auf der Zeichenfläche gebildet werden. Diese
beiden Punkte haben einen Abstand von 20 µm voneinander
in der Hauptabtastrichtung und von 2,5 µm in der
Unterabtastrichtung, wobei letzterer gleich dem
Zwischenlinienabstand ist.
Das Kontrollicht, das als S-polarisierte Komponente dem
Strahlenteiler (480) zugeführt wird, wird von diesem
reflektiert und gegen eine Kontroll-Detektoreinheit (800)
gerichtet, die eine Skala (801) für eine Abtastkorrektur
aufweist. Wie nachstehend erläutert wird, erfaßt die
Kontroll-Deteketoreinheit (800) die Änderung im
Übertragungsumfang des Strahls, der die Skala (801)
abtastet und gibt einen Impuls mit einer Frequenz aus, die
proportional der Abtastgeschwindigkeit ist.
Das Bezugszeichen (900) bezeichnet eine
Scharfeinstellung-Erfassungseinrichtung, die aus drei
Paaren von lichtaussendenden, lichterfassenden Elementen
besteht. Wie anschließend beschrieben wird, erfaßt diese
Einrichtung das reflektierte Licht von der Zeichenfläche
und ermittelt, ob es innerhalb des
Scharfeinstellungsbereiches der f theta-Linse (500) ist.
Es wird nunmehr die Befestigung der f theta-Linse (500) an
der Optikkopfeinheit (4) beschrieben, und desgleichen die
Einrichtungen der Kontroll-Detektoreinheit (800) und der
Scharfeinstellung-Detektoreinheit (900), die neben der
f theta-Linse (500) angeordnet sind. Die in dem in Frage
stehenden System verwendete f theta-Linse ist sehr
Lichtstark (F/Zahl=6) und hat eine derart hohe
Präzision, daß die Toleranzen für die Exzentrizität der
Linsenflächen sehr gering sind, wobei die zulässige
Neigung einer Fläche in der Größenordnung von Sekunden
liegt. Jedoch ist es bei einer f theta-Linse zur
Verwendung für eine eindimensionale Abtastung lediglich
der Teil, der sich längs der Abtastlinie erstreckt, der
als effektive Linse arbeitet. Somit ist die in der
erfindungsgemäßen, in Frage stehenden Vorrichtung
verwendete f theta-Linse (500) mit einer Dreheinrichtung
ausgestattet, so daß die Linse nach der Montage durch
Drehen eingestellt und in einer Position befestigt werden
kann, wo die beste Linsenleistung gewährleistet ist. Diese
Einstelleinrichtung ist gemäß Fig. 14 ausgebildet.
Ein erstes bis fünftes Linsenelement (501-505) werden mit
ihren jeweiligen Rändern zwischen den Stufen der
Hauptfassung (510) und Schraubringen (510 a-505 a) gehalten
und werden mit Hilfe von versenkten Schrauben (501 b-505 b)
gesichert, die in Anlage an ihren jeweiligen
umfangsseitigen Randflächen stehen. Das erste
Linsenelement (501) wird oben, gesehen entsprechend Fig.
14, eingeführt, und die übrigen Linsenelemente werden von
unten eingeführt.
Ein sechstes Linsenelement (506) wird mit seinem Rand
zwischen der Stufe an einer Hilfsfassung (520) und einem
Schraubring (506 a) gehalten und wird mittels einer
versenkten Schraube (506 b) gesichert, die in Anlage mit
seiner umfangsseitigen Randfläche steht. Die Hilfsfassung
(520) wird montiert, indem sie in die Hauptfassung (510)
eingeschraubt ist, die mittels eines einwärts gerichteten
Flansches gehalten wird, der am unteren Ende eines
zylindrischen Halters (530) ausgebildet ist, der die
Hauptfassung umgibt. Das obere Ende des Halters (530) steht
in Gewindeeingriff mit einem Schraubring (531). Dieser
Halter (530) ist zu seiner Lagerung an der
Optikkopfeinheit (4) befestigt.
Zur Einstellung der f theta-Linse (500) wird die
Hauptfassung (510) von Hand verschwenkt, um die gesamte
Linseneinheit um die optische Achse zu drehen. Ist die
Position ermittelt, die die beste Linsenleistung
gewährleistet, so wird die versenkte Schraube (532)
angezogen, um die Hauptfassung (510) am Halter (530) zu
sichern. Gemäß Fig. 15 ist die Unterseite des Halters
(530) mit einer unteren zylindrischen Linsenabdeckung
(540) ausgestattet, die eine Stufe aufweist, die das
untere Ende der Hilfsfassung (520) abdeckt.
Der zweite polarisierender Strahlenteiler (448) ist derart
angebracht, daß er einen langen Schlitz (542) in der
Bodenwand (541) der Linsenenabdeckung (540) in
Abtastrichtung abdeckt. Die Seitenwand der Linsenabdeckung
(540) ist mit einer Durchtrittsöffnung (543) versehen,
durch welche der vom zweiten polarisierenden
Strahlenteiler (448) reflektierte Kontrollstrahl zur
Außenseite der Linsenabdeckung geführt wird. Die Größe
der Durchtrittsöffnung (543) sollte nicht kleiner als die
Abtastbreite des Strahls sein. Die
Kontroll-Detektoreinheit (800) wird von einem Arm (850)
gehalten, der am Halter (530) befestigt und derart
angeordnet ist, daß er der Durchtrittsöffnung (543)
zugewandt ist. Unter der Linsenabdeckung (540) sind ein
Lichtabgabeabschnitt (910) und ein Lichtdetektorabschnitt
(920) der Scharfeinstellung-Detektoreinheit mittels einer
Haltescheibe (950) befestigt, die einen Schlitz (951) zum
Durchlassen eines Lichtstrahls aufweist.
Der Lichtabgabeabschnitt (910) besteht aus einem hohlen
Halteelement (911), das an die Haltescheibe (950)
angeschraubt ist, einem Rohrstutzen (914), der in das
Halteelement (911) eingesetzt ist und der eine Leuchtdiode
(LED) (912) und eine Projektionslinse (913) hält, sowie
ein Prisma (915), durch welches der aus der
Projektionslinse (913) in einer Richtung parallel zur
Zeichenebene austretende Lichtstrahl gegen letztere
reflektiert wird, und eine Prismahalterung (916), die an
einem Ende des Halteelementes (911) angeordnet ist, um das
Prisma (915) in seiner Lage festzulegen. Die
Prismenhalterung (916) hat eine darin gebildete Öffnung
(916 a), um das vom Prisma (915) reflektierte Licht
hindurch zu lassen. Gemäß Fig. 15 ist der
Lichtabgabeabschnitt so ausgeführt, daß er Licht abgibt,
das auf der Zeichenebene in einer Position konvergiert, wo
die Musterzeichnungsstrahlen konvergieren sollen. Die
Leuchtdiode (912) gibt Licht mit einer Wellenlänge von
860 nm ab, das außerhalb des Empfindlichkeitsbereiches
fotografischer Filme, lichtempfindlicher Werkstoffe und
dergleichen liegt, auf denen die Muster aufgezeichnet
werden sollen.
Der Lichtdetektorabschnitt (920) besteht aus einem hohlen
Halteelement (921), das an die Haltescheibe (950)
angeschraubt ist, einer Linsenfassung (923) zum Halten
einer Kondensorlinse (922), die an der Seite des
Halteelementes (921) vorgesehen ist, die näher zum
Lichtabgabeabschnitt (910) liegt, einem Prisma (924),
durch welches die Richtung des mit der Kondensorlinse
(922) erhaltenen konvergierenden Lichtes geändert wird, um
parallel zur Zeichenfläche zu werden, einem Prisma (925)
zum Halten dieses Prismas, und einem Rohrstutzen (928),
der in das Halteelement (921) eingesetzt ist und der ein
Infrarotlicht durchlassendes Filter (926) und eine
Positionssensoreinrichtung (PSD) (927) hält.
Die Positionssensoreinrichtung (927) ist ein
eindimensionaler Sensor, der einen Unterschied in der
Position der Kondensierung des Strahls aus dem
Lichtabgabeabschnitt (910) erfaßt, der vorliegt, wenn der
Abstand zur Zeichenfläche sich erhöht oder erniedrigt, und
der erfaßte Unterschied wird als Ausgangssignal von der
Positionssensoreinrichtung geliefert. Diese Einrichtung
kann durch andere Anordnungen, wie beispielsweise eine
ladungsgekoppelte Einrichtung (CCD) ersetzt werden. In dem
angegebenen Beispiel wird hinter der Kondensorlinse (922)
eine lange Strecke vorgesehen, um den Unterschied in der
Position der Lichtkondensierung in der PSD (927) zu
verstärken. Das Infrarotlicht durchlassende Filter (926)
wird dazu verwendet, den Rauschabstand des
Sensorausgangssignals zu verbessern.
Eine Abdeckung (930) ist unter dem Lichtabgabeabschnitt
(910) und dem Lichtdetektorabschnitt (920) vorgesehen, die
an der Optikkopfeinheit (4) befestigt ist. Die Abdeckung
(930) hat eine Öffnung (931), die den Durchtritt beider
Musterzeichnungsstrahlen und des
Scharfeinstellung-Detektorstrahls gestattet.
Gemäß Fig. 16 (die einen Grundriß der Fig. 15 bei
Betrachtung in Richtung zur Zeichenfläche darstellt),
besteht jeder der Lichtabgabe- und Lichtdetektorabschnitte
(910, 920) aus drei Sätzen, die in Abtastrichtung in
Abstand voneinander angeordnet sind, wobei die
Musterzeichnungsstrahlen parallel zur Länge des Schlitzes
(951) verlaufen. Dies ermöglicht es, daß der Spalt
zwischen der Zeichenfläche und der
Scharfeinstellung-Detektoreinrichtung in Vertikalrichtung
(bei Betrachtung gemäß Fig. 16) an drei Punkten auf der
Abtastlinie erfaßt wird (im gegebenen Beispiel sind zwei
Punkte im wesentlichen an entgegengesetzten Enden des
Bereiches der Abtastung mit dem Musterzeichnungslicht und
der einzelne Punkt auf dessen Mitte), wodurch eine genaue
Bestimmung des Spaltes und der Neigung der Zeichenfläche
ermöglicht werden. Auf der Grundlage der Ergebnisse dieser
Bestimmung wird die Zeichentafel (300) vertikal bewegt
oder geneigt, um die Position des Mittelstückes des
Musterzeichnungsstrahles so zu steuern, daß sie mit der
Zeichenfläche zusammenfällt.
Die Kontroll-Detektoreinheit (800), die in Fig. 15 durch
eine strich-doppelpunktierte Linie angegeben ist, ist
deutlicher in Fig. 17 dargestellt. Wie aus Fig. 17
hervorgeht, ist diese Einheit eine einheitliche Anordnung
einer Glasskala (801), die in einem Streifenmuster
ausgebildete Schlitze mit einer Schrittweite von 160 µm
an der Stirnfläche, wo einfallendes Licht auftrifft,
aufweist, eines Faserbündels (802), das aus mehreren
fluoreszierenden Lichtleitfasern besteht und zweier
PIN-Fotodioden (803, 804) besteht, die an den
entgegengesetzten Enden des Faserbündels (802) liegen.
Kontrollicht wird seitlich in das fluoreszierende
Lichtleitfaserbündel (802) über die Skala (801) eingegeben
und durchläuft die Lichtleitfaser, bis es die
PIN-Fotodioden (803, 804) an den gegenüberliegenden Enden
erreicht. Wenn das Kontrollicht die Skala (801) abtastet,
erzeugen die PIN-Fotodioden ein Sinuswellenausgangssignal.
Die Sinuswelle wird in eine Rechteckwelle umgeformt, die
einem Steuersystem zugeführt wird und dazu dient, die
Steuerung des ersten und zweiten
Musterzeichnungs-AO-Wandlers (407, 407′) zeitlich zu
steuern und um den Kompensations-AO-Wandler (432) zu
steuern, um die Änderung in der Richtung des reflektierten
Lichtes, die wegen der Drehung des Polygonalspiegels (450)
in einer Ebene auftritt, zu kompensieren. Es wird jedoch
darauf hingewiesen, daß die Schlitz-Schrittweite von
160 µm einen Impuls erzeugt, der, verglichen mit dem
Punktdurchmesser von 5 µm, zu breit ist. Um dieser
Schwierigkeit zu begegnen, wird jeder Impuls elektrisch
auf 1/64 der Ausgangsbreite geteilt, so daß ein Impuls,
abhängig von einer Abtastung, über eine Breite von
2,5 µm erzeugt wird.
Kontrollicht tritt frei durch gewöhnliche Lichtleitfasern
hindurch. Jedoch erzeugen fluoreszierende Lichtleitfasern
bei Beleuchtung mit Licht eine Fluoreszenz, und das
resultierende fluoreszierende Licht breitet sich durch die
Fasern aus und erreicht die an den gegenüberliegenden
Enden liegenden PIN-Fotodioden. Theoretisch braucht eine
PIN-Fotodiode lediglich an einem Ende des Faserbündels
vorgesehen zu werden, aber um eine konstante Lichtmenge zu
erzielen, unabhängig von der mit dem Kontrollicht
beleuchteten Position, ist es erwünscht, eine Diode an den
beiden Enden, wie bei der in Frage stehenden
Ausführungsform, vorzusehen.
Wie in Fig. 18 (eine Seitenansicht der Fig. 17, gesehen in
Richtung des Pfeiles A) angegeben ist, wird die
Kontroll-Detektoreinheit (800) von einem L-förmigen
Element (851) getragen, das am unteren Ende eines Armes
(850) gebildet wird, und wird positioniert, indem es
zwischen einem Mikrometerkopf (860) und einem
federbelasteten Kolben (862) gehalten wird, der an einem
Ende des Armes (850) befestigt ist, und zwischen einem
Mikrometerkopf (861) und einem federbelasteten Kolben
(863), der am anderen Ende des Armes befestigt ist.
Die untere Hälfte der Fig. 17 ist ein Querschnitt der Fig.
18, gesehen in Richtung der Pfeile XVII, und die obere
Hälfte der Fig. 17 ist ein Querschnitt der Fig. 18,
gesehen in Richtung der Pfeile XVII′.
Die Mikrometerköpfe (860, 861) werden jeweils durch
Halterungen (870, 871) befestigt, die an der Seitenwand
des Armes (850) angeschraubt sind. Die Spindel (860 a) des
Mikrometerkopfes (860) wird über eine Öffnung (852) in der
Seitenwand des Armes (850) gegen die
Kontroll-Detektoreinheit (800) gedrückt. Die
federbelasteten Kolben (862, 863) werden jeweils durch
Stützwände (853, 854) gehalten, die sich von dem
Trägerelement (851) nach oben erstrecken und die
Kontroll-Detektoreinheit (800) gegen die Mikrometerköpfe
drücken. Durch Einstellung der Mikrometerköpfe (860, 861)
kann nicht nur die horizontale Position der
Kontroll-Detektoreinheit (800) bezüglich der
Einfallsrichtung des Lichtstrahles eingestellt werden,
sondern auch ihre Neigung in Abtastrichtung, wodurch die
Feinabstimmung ermöglicht wird, die erforderlich ist, um
zu gewährleisten, daß die Stirnseite der Skala (801), an
welcher einfallendes Licht zugelassen wird, in einer
Position eingestellt wird, die der Zeichenfläche
entspricht.
Kontrollicht tritt durch die Öffnung (543) im unteren Teil
der Seitenwand der Linsenabdeckung (540) aus, und die
Kontroll-Detektoreinheit (800) ist so positioniert, um
dieser Öffnung (543) zugewandt zu liegen, so daß sie
ordnungsgemäß das austretende Kontrollicht aufnimmt. Ein
Rahmenelement (800) ist zwischen der Linsenabdeckung (540)
und der Kontroll-Detektoreinheit (800) angeordnet. Gemäß
Fig. 19 ist dieses Rahmenelement an beiden Seiten derart
offen, daß eine Seite einen Bogen bildet, der dem Umriß
der Linsenabdeckung (540) folgt, während die andere Seite
linear ausgeführt ist. Silikonrohre (881, 882), die an
ihren Seitenwänden Ausschnitte aufweisen, sind in die
jeweiligen offenen Seiten des Rahmenelementes (880)
eingesetzt, so daß ihre Ränder in enger Anlage mit der
Linsenabdeckung (540) und dem Arm (850) stehen.
Wie näher aus den Fig. 20 und 21 hervorgeht, umfaßt die
Kontroll-Detektoreinheit (800) ein Unterteil (805), das
eine rechteckförmige Öffnung (805 a) an der Vorderseite
aufweist, um den Durchtritt von Kontrollicht zu gestatten
und das in unmittelbarer Anlage mit dem Mikrometerkopf und
den federbelasteten Kolben steht, sowie eine Druckplatte
(807), die die Skala (801) gegen das Unterteil (805)
drückt, bedingt durch die Druckkraft einer Blattfeder
(806), die am wirksamen Abschnitt der Spindel (860 a)
befestigt ist. Fig. 20 ist eine teilweise vergrößerte
Ansicht der Fig. 17 und Fig. 21 ist ein Querschnitt der
Fig. 17, gesehen in Richtung der Pfeile XXXI.
Gemäß Fig. 21 hat die Druckplatte (807) einen
absatzartigen Ausschnitt (807 a) an der der Skala (801)
zugewandten Seite, und die Ecken dieses Ausschnittes, die
näher zur Skala (801) liegen, haben eine Schrägfläche, die
nach unten zur Skala (801) hin geneigt verläuft, um die
Anordnung eines Raumes zur Aufnahme des Faserbündels (802)
zu gewährleisten. Ein Befestigungsstück (808) ist in den
Ausschnitt (807 a) eingefügt, um das Faserbündel (802)
gemäß Fig. 21 von oben zu halten. Das Befestigungsstück
(808) hat an seinem Ende eine Schrägfläche (808 a), die
räumlich symmetrisch zur Schrägfläche (807 b) der
Druckplatte (805) ist. Das Faserbündel (802) wird
innerhalb des Raumes gehalten, der zwischen den beiden
Schrägflächen und der Skala gebildet wird und der einen
dreieckförmigen Querschnitt hat.
Verändert sich die Strahlposition an den reflektierenden
Flächen des Polygonalspiegels infolge seiner Drehung, so
ändert sich auch die Einfallsposition an der
f theta-Linse, was die Telezentrizität im Randbereich
beeinträchtigt. Wenn daher die Positionen der
Zeichenfläche und der Skala nicht optisch völlig
äquivalent zueinander sind, ist es unmöglich, ein
Kontrollsignal zu erhalten, das eine genaue Korrespondenz
zur tatsächlichen Position der Musterzeichnung aufweist.
Diese Abweichung ist gewöhnlich zu gering, um ein Problem
zu bilden, aber in der in Frage stehenden Vorrichtung, bei
welcher jedes der Felder, die für die Musterzeichnung
abgetastet werden sollen, frei liegt und in eine Mehrzahl
von Streifen unterteilt ist, verursacht eine Abweichung im
Randbereich eine Diskontinuität im Muster an der
Grenzlinie zwischen benachbarten Streifen. Um diesem
Problem zu begegnen ist das erfindungsgemäße System so
ausgeführt, daß bei der Einstellung der Position des
Polygonalspiegels gebührende Aufmerksamkeit einer
möglichen Änderung des Ablenkpunktes geschenkt wird, um
eine Telezentrizität im Randbereich der wirksamen
Abtastbreite zu gewährleisten, obgleich die
Telezentrizität im mittigen Bereich geringfügig betroffen
sein kann.
Es wird nunmehr beschrieben, auf welche Weise der
Fotoplotter mit obigem Aufbau gesteuert wird. Gemäß Fig.
22 umfaßt das Steuersystem eine Rastermaschine, die mit
einer Hauptzentraleinheit (CPU) verbunden ist, um
Musterzeichnungsdaten in Rasterabtastdaten umzuwandeln,
einen Linienzwischenspeicher, der über die Rastermaschine
Daten schreibt und liest, wobei eine Dateneinheit einer
Abtastlinie entspricht, und eine Zentraleinheit (CPU), die
verschiedene Befehle eingibt oder ausgibt, um den
Linienzwischenspeicher oder ein E/A
(Eingabe/Ausgabe) -Steuergerät zu steuern.
Der Zeilenzwischenspeicher steuert den ersten und zweiten
Musterzeichnungs-AO-Wandler und den
Kompensations-AO-Wandler über zugeordnete Oszillatoren
synchron mit dem Kontrollsignal, das von der
Kontroll-Detektoreinheit (800) geliefert wird. Das
E/A-Steuergerät steuert den Musterzeichnungslaser und den
Polygonalspiegel, abhängig von Befehlen von der
Zentraleinheit. Das E/A-Steuergerät steuert ferner die
drei Leuchtdioden in der Scharfeinstellung-Detektoreinheit
(900), und die Ausgangssignale der
Positionssensoreinrichtungen, die Licht von diesen
Leuchtdioden aufnehmen, werden diesem Steuergerät über
sechs Operationsverstärker zugeführt, wovon zwei für jede
Positionssensoreinrichtung vorgesehen sind. Ein Element
eines jeden Operationsverstärkerpaares erzeugt ein
Ausgangssignal (VL) als ein Signal, das die Größe der
Lichtstrahlen angibt, die auf der
Positionssensoreinrichtung konvergierten und das andere
Element liefert ein Ausgangssignal (VP) als ein
Positionssignal, das der Position entspricht, bei welcher
die Lichtstrahlen konvergiert waren. Durch Teilung des
Positionssignals durch das Quantitätssignal werden
Wirkungen, die auf der Gesamtänderung der Lichtquantität
beruhen, annulliert, um die Erfassung der
Positionsbeziehung zwischen der Erfassungseinrichtung und
der Zeichenfläche für einzelne Punkte zu ermöglichen.
Das E/A-Steuergerät versorgt die Zentraleinheit mit den
vorstehend beschriebenen Eingangssignalen aus der
Scharfeinstellung-Detektoreinheit, und abhängig von diesen
Signalen bestimmt die Zentraleinheit die Beträge, um
welche die jeweiligen AF-Motoren angetrieben werden sollen
und sendet diese zurück zum E/A-Steuergerät. Abhängig von
diesen Steuerbeträgen steuert das E/A-Steuergerät die
jeweiligen AF-Motoren über einen AF-Motortreiber und
stellt die Vertikalposition der Zeichentafel (300) und
ihren Neigungswinkel derart ein, daß die Zeichenfläche
innerhalb von ±15 µm des Scharfeinstellungsbereiches der
f theta-Linse (500) liegt.
Das E/A-Steuergerät steuert ferner den Meßlaser (460), um
Überlagerungsmessungen durchzuführen. Ferner steuert es
Servoschaltungen, die den X-Achse-Motor (101) und den
Y-Achse-Motor (201) unter Steuerung der
Rückkopplungssignale aus der X- und der Y-Meßeinrichtung
antreiben, die den Lichtstrahl aus dem Meßlaser (460)
verwenden.
Es werden nun die Theorie des Betriebes der
Scharfeinstellung-Detektoreinheit und das Verfahren zur
Steuerung der Zeichentafel beschrieben. Bei einem großen
optischen Abtastsystem der erfindungsgemäß in Frage
stehenden Art ist es schwierig, eine Scharfeinstellung an
einzelnen Positionen eines einzelnen Abtasthubs durch eine
Vertikalbewegung der Zeichenfläche zu erzielen. Jedoch
sind die Unebenheiten der Zeichenfläche weniger wellig im
Vergleich zur Abtastbreite, so daß der beabsichtigte
Zweck zufriedenstellend erreicht werden kann, indem ein
Antrieb mit verhältnismäßig langsamem Ansprechen
verwendet wird, um die vertikalen Bewegungen der
Zeichenfläche in solcher Weise auszuführen, daß sie
innerhalb eines einzelnen Abtasthubes eine konstante
Position beibehält.
Falls die Erfassung der Position der Zeichenfläche relativ
zum optischen System nur an einem Punkt erfolgt, ist die
Wahrscheinlichkeit eines Versagens der Scharfeinstellung
am wahrscheinlichsten. Beispielsweise sei der Fall
betrachtet, wo die Positionserfassung an einem Punkt an
der Mittellinie der Abtastbreite erfolgt. Dies ist kein
Problem, falls die Zeichenfläche über den gesamten
Abschnitt der Abtastbreite eben ist oder linear geneigt.
Falls jedoch die Neigung der Zeichenfläche gemäß Fig. 23
nicht linear ist, und sie auf der Grundlage der
Erfassungsergebnisse am mittigen Punkt (B) vertikal bewegt
wird, so ist die Scharfeinstellung an der gestrichelten
Linie. Anders ausgedrückt, es wird lediglich eine
Begrenzung des Scharfeinstellungsbereiches der Linse
verwendet, und der Punkt (A) kann jenseits dieses
Scharfeinstellungsbereiches sein. Wird andererseits die
Zeichenfläche auf der Grundlage des Durchschnittswertes
der Erfassungsergebnisse an den beiden Punkten (A, C)
vertikal bewegt, so ist die Scharfeinstellung an der
strichpunktierten Linie. Somit werden beide Grenzwerte des
Scharfeinstellungsbereiches wirkungsvoll verwendet, um die
Möglichkeit zu erhöhen, daß alle Punkte auf der
Zeichenfläche innerhalb des maßgeblichen
Scharfeinstellungsbereiches fallen.
Ist jedoch das Profil der Zeichenfläche gemäß Fig. 24
nach oben gewölbt, so ist eine vertikale Bewegung der
Zeichenfläche auf der Grundlage der Erfassungsergebnisse
an den beiden Endpunkten (A, C) nicht empfehlenswert, da
der Punkt (B) höchstwahrscheinlich jenseits des
Tiefenschärfebereiches liegt. In einem solchen Fall ist es
erwünscht, Erfassungsergebnisse an den drei Punkten (A, B,
C) zu mitteln, um eine Grundlage für die vertikalen
Bewegungen der Zeichenfläche zu schaffen.
Somit kann die Möglichkeit eines Zeichnens von Mustern mit
hoher Genauigkeit erhöht werden, indem die Anzahl der
Erfassungspunkte erhöht wird, selbst wenn die
Scharfeinstellung lediglich durch eine Bewegung der
Zeichenfläche in vertikaler Richtung erreicht wird.
Wird ferner die Position der Zeichenfläche an mehreren
Punkten erfaßt, die in Abtastrichtung wie bei dem in
Frage stehenden Beispiel in Abstand voneinander liegen, so
kann die Neigung der Zeichenfläche ebenfalls erfaßt
werden und die Welligkeit und andere Unebenheiten der
Zeichenfläche können in einer besser angepaßten Weise
verarbeitet werden, indem diese, ausgehend von ihrem
erfaßten Neigungswinkel, verschwenkt wird.
Dies ergibt sich aus einer Berücksichtigung der Fig. 25.
Wie auf der linken Seite dieser Darstellung gezeigt ist,
kann eine zufriedenstellende Musterzeichnung natürlich
durchgeführt werden, falls der Unterschied in der Höhe des
Werkstückes innerhalb der Breite eines einzelnen
Abtasthubes innerhalb des Scharfeinstellungsbereiches
liegt. Selbst wenn der Unterschied in der Höhe der
horizontalen Zeichentafel jenseits des
Scharfeinstellungsbereiches ist, wie in der rechten Seite
der Darstellung gezeigt wird, kann sie eingestellt werden,
um innerhalb des Scharfeinstellungsbereiches zu liegen,
soweit die interessierende Abtastbreite betroffen ist,
indem die Zeichentafel geneigt wird, bis der durch die
gestrichelte Linie angegebene Bereich horizontal wird.
Fig. 26 ist eine vereinfachte Zeichnung der Einrichtung
zur Steuerung der Zeichentafel (300) bei der betrachteten
Ausführungsform. In der Praxis wird die Zeichentafel an
drei Punkten mit Hilfe von drei Steuereinheiten getragen,
jedoch werden, wie voraugehend beschrieben wurde, die
beiden Steuereinheiten an einer Seite der Abtastrichtung
durch das gleiche Signal betrieben. Aus Gründen der
Einfachheit sind in Fig. 26 nur zwei Steuereinheiten (310,
320) dargestellt, um die Antriebseinrichtung der
Zeichentafel zu kennzeichnen.
Werden infolge der Erfassung an den drei Punkten (A), (B)
und (C) (siehe Fig. 26) Vqa, Vqb und Vqc (siehe Fig. 35)
als Ausgangsspannungen erzeugt, die die Abweichungen an
den jeweiligen Punkten von der
Bezugsscharfeinstellungslinie angeben, so können VA oder
die Spannung, die den Mittelpunkt (M 1) zwischen (A) und
(B) entspricht und Vb, oder die Spannung, die dem
Mittelpunkt (M 2) zwischen (B) und (C) entspricht, wie
folgt ausgedrückt werden:
Va=(Vqa+Vqb) /2
Vb=(Vqb+Vqc)/2.
Vb=(Vqb+Vqc)/2.
Die gerade Linie, die durch die Mittelpunkte (M 1, M 2)
geht, gibt eine gedachte Zeichenfläche an, bei welcher die
Abstände von den Punkten (A), (B) und (C) im Durchschnitt
einen Mindestwert haben. Durch eine Steuerung der
jeweiligen AF-Steuereinheiten in solcher Weise, daß diese
gedachte Zeichenfläche mit der
Bezugsscharfeinstellungslinie zusammenfällt, können die
einzelnen Punkte in einem Abtastfeld gewöhnlich so
eingestellt werden, daß sie innerhalb des
Scharfeinstellungsbereiches liegen. Die Spannungen (d 1,
d 2), die den Beträgen entsprechen, um welche die Motoren
zur Durchführung dieser Steuerung angetrieben werden
müssen, können wie folgt berechnet werden, wobei
angenommen wird, daß der horizontale Abstand zwischen den
Mittelpunkten (M 1, M 2) mit (W) bezeichnet wird und der
horizontale Abstand zwischen jedem Hebelpunkt und dem
Mittelpunkt (M 2) mit (L 2):
d 1 = Va - V 1 = Va - (L 1/W) (Vb - Va)
d 2 = Va - V 2 = Va + [(W + L 2/W] (Vb - Va) = Vb - (L 2/W) (Va - Vb)
d 2 = Va - V 2 = Va + [(W + L 2/W] (Vb - Va) = Vb - (L 2/W) (Va - Vb)
Die vorstehende Beschreibung geht davon aus, daß der
maximale Betrag der Bewegung der Zeichentafel 10 mm
beträgt unter Berücksichtigung von zwei Fällen, wobei bei
dem einen eine Glasplatte als Werkstück auf der
Zeichentafel angeordnet wird und im anderen Fall ein
fotografischer Film als Werkstück angeordnet wird.
Es wird nunmehr der wesentliche Betrieb bei der Steuerung
der Zeichentafel (300) beschrieben. Ist die
Stromversorgung eingeschaltet, so liefert die
Zentraleinheit ein Signal an das E/A-Steuergerät, so daß
die Zeichentafel in ihre unterste Position abgesenkt wird.
Erfaßt der Endschalter am Y-Tisch, daß die absteigende
Tafel ihre unterste Stellung erreicht hat, so übernimmt
ein anderer Motor, um das Anheben der Tafel einzuleiten.
Somit wird kein Signal zur Steuerung der
Scharfeinstellung-Detektoreinheit in der Ausgangsphase
erzeugt. Erst wenn ein Signal einleitend erzeugt wird,
nachdem die Zeichentafel (300) langsam angehoben wird,
während das Signal von der
Scharfeinstellung-Detektorenheit (900) erfaßt wird,
erfolgt eine Scharfeinstellungserfassung und -steuerung
zum Antrieb der Zeichentafel auf der Grundlage der
vorstehend beschriebenen Grundlagen.
Die Position, bei welcher an der Zeichentafel durch die
f theta-Linse eine Scharfeinstellung erreicht wird, wird
vorbereitend in Form dreier PSD-Signale gespeichert, die
von der Scharfeinstellung-Detektoreinheit (900) erzeugt
werden, indem eine Prüfmusterzeichnung durchgeführt wird,
um nach der Position zu suchen, bei welcher eine optimale
Zeichnung tatsächlich möglich wäre, oder die Position, bei
welcher ein kleinster Punktdurchmesser erhalten würde.
Daher sind die drei PSD-Ausgangssignale nicht
notwendigerweise die gleichen, falls die Zeichenfläche
scharf eingestellt ist. Das Steuersystem steuert die drei
Motoren in solcher Weise, daß der Unterschied zwischen
den Ausgangssignalen für die Scharfeinstellposition und
das vorliegende Signal gleich Null ist.
Das Steuerverfahren erfolgt nicht derart, daß die Motoren
ein einziges Mal um die Beträge angetrieben werden, die
durch die vorstehend beschriebene Verfahrensweise
ermittelt werden, sondern derart, daß, nachdem die
Motoren um bestimmte Beträge angetrieben wurden, erneut
ein Signal aus der Fokus-Detektoreinrichtung empfangen
wird und anschließend ein Antrieb mit den
Antriebsbeträgen erfolgt, die auf der Grundlage des neuen
Eingangssignals bestimmt werden.
Die Folge der Stufen bei diesem Steuerverfahren entspricht
der Ablaufdarstellung der Fig. 28. Beginnt ein AF-Signal,
eingespeist zu werden und ist AF zugelassen, so geht die
Reihenfolge durch die Stufe (1) und das Quantitätssignal
(VL) wird in der Stufe (2) eingegeben und das
Positionssignal (VP) in der Stufe (3). In der Stufe (4)
wird das Positionssignal durch das Quantitätssignal
geteilt, damit ein reines Positionssignal (VR) erhalten
wird, das von jeder Einwirkung als Folge einer Änderung in
der Lichtmenge befreit ist. In der Stufe (5) wird dieses
reine Positionssignal (VR) mit dem Signal für eine
vorgegebene Scharfeinstellungsposition auf der
Zeichentafel verglichen, um den Betrag und die Richtung
des Antriebs eines jeden Motors zu berechnen. Wird der auf
diese Weise berechnete Betrag des Motorantriebs in der
Stufe (6) ungleich Null befunden, so geht die Abfolge zur
Stufe (7), um den Motorantrieb zu starten, und es erfolgt
eine Bestimmung in der Stufe (8), ob der Motor seinen
Antrieb um die berechnete Größe beendet hat. Ist der
Antrieb nicht vollständig, so kehrt die Abfolge zur Stufe
(2) zurück und das Quantitätssignal (VL) wird eingegeben.
Ergibt sich in der Stufe (6) eine Antriebsgröße gleich
Null oder ergibt sich in der Stufe (8), daß der
Motorantrieb beendet ist, so geht der Ablauf zur Stufe (9)
und der Motor wird angehalten. Anschließend kehrt der
Ablauf zur Stufe (1) zurück und der gleiche, vorstehend
beschriebene Vorgang wiederholt sich.
Der in Frage stehende Fotoplotter soll verschiedene
Werkstücke verarbeiten, die von dicken Objekten, wie
beispielsweise Glasplatten, bis zu dünnen Objekten, wie
beispielsweise fotografischen Filmen, gehen. Somit ändert
sich die Höhe der Zeichentafel unvermeidlicherweise,
abhängig von der Dicke des jeweiligen Werkstückes. Jedoch
kann entsprechend dem vorstehend beschriebenen Verfahren
die Zeichentafel, die das Werkstück trägt, auf die
unterste Position absteigen, und somit erfaßt die
Scharfeinstellung-Detektoreinheit zuerst Daten bezüglich
der Position des Optikkopfes, relativ zur Oberseite des
Werkstückes. Selbst wenn ein Werkstück mit
unterschiedlicher Dicke an der Zeichentafel befestigt
wird, kann die f theta-Linse eine Scharfeinstellung an
ihrer Oberfläche erzielen.
Claims (5)
1. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung zur Verwendung mit
einer Abtastmuster-Zeichenvorrichtung, in welcher ein
optisches Abtastsystem ein Werkstück mit einem in
einer Richtung gerichteten Abtaststrahl abtastet,
gekennzeichnet durch:
eine Zeichentafel (300) zum Tragen eines Werkstückes, das durch den in einer Richtung gerichteten Abtastlichtstrahl abgetastet werden soll;
eine Transporteinrichtung (200), auf der die Zeichentafel (300) befestigt ist, um eine Relativbewegung der Zeichentafel und des abtastenden Optiksystems in eine Richtung zu gestatten, die die Richtung der Strahlaufzeichnung rechtwinklig schneidet; eine erste und zweite Antriebsanordnung (310; 320, 330), die in Richtung der Strahlaufzeichnung in Abstand voneinander liegen und die eine Seite der Zeichentafel in eine Richtung parallel zur Strahlabgaberichtung bewegen;
eine Neigungssteuervorrichtung zum Verschwenken der Zeichentafel (300) gegenüber der Transportvorrichtung (200), indem eine Antriebsgröße der ersten Antriebsanordnung (310) verschieden von einer Antriebsgröße der zweiten Antriebsanordnung (320, 330) gemacht wird; und
eine Translationsbewegung-Steuervorrichtung (E/A-Steuergerät, Zentraleinheit) zur Erzielung einer Translationsbewegung der Zeichentafel (300) gegenüber der Transportvorrichtung, indem die Antriebsgröße der ersten Antriebsanordnung (310) gleich groß wie jene der zweiten Antriebsanordnung (320, 330) gemacht wird.
eine Zeichentafel (300) zum Tragen eines Werkstückes, das durch den in einer Richtung gerichteten Abtastlichtstrahl abgetastet werden soll;
eine Transporteinrichtung (200), auf der die Zeichentafel (300) befestigt ist, um eine Relativbewegung der Zeichentafel und des abtastenden Optiksystems in eine Richtung zu gestatten, die die Richtung der Strahlaufzeichnung rechtwinklig schneidet; eine erste und zweite Antriebsanordnung (310; 320, 330), die in Richtung der Strahlaufzeichnung in Abstand voneinander liegen und die eine Seite der Zeichentafel in eine Richtung parallel zur Strahlabgaberichtung bewegen;
eine Neigungssteuervorrichtung zum Verschwenken der Zeichentafel (300) gegenüber der Transportvorrichtung (200), indem eine Antriebsgröße der ersten Antriebsanordnung (310) verschieden von einer Antriebsgröße der zweiten Antriebsanordnung (320, 330) gemacht wird; und
eine Translationsbewegung-Steuervorrichtung (E/A-Steuergerät, Zentraleinheit) zur Erzielung einer Translationsbewegung der Zeichentafel (300) gegenüber der Transportvorrichtung, indem die Antriebsgröße der ersten Antriebsanordnung (310) gleich groß wie jene der zweiten Antriebsanordnung (320, 330) gemacht wird.
2. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Transportvorrichtung einen Y-Tisch (200) umfaßt, der
verschiebbar auf einem X-Tisch (100) befestigt ist.
3. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Y-Tisch (200) einen Haupttisch (210) und einen
Arbeitstisch (250) umfaßt, und eine Anzahl
Blattfedern (230-233) den Haupttisch und den
Arbeitstisch verbinden.
4. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Haupttisch (210) eine Anzahl horizontaler Rollen
(211-214) umfaßt, die sich seitlich gegen eine
Hauptschiene (170) des X-Tisches (100) legen und eine
Richtung festlegen, in der der Y-Tisch (200) sich auf
dem X-Tisch verschiebt, und daß sich eine Anzahl
vertikaler Rollen (215-218) von oben gegen die
Hauptschiene (170) legen, um den Haupttisch (210) zu
tragen.
5. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Arbeitstisch (250) eine Anzahl horizontaler Rollen
(251-254) umfaßt, die sich seitlich gegen eine
Hauptschiene (170) des X-Tisches (100) legen und eine
Richtung festlegen, in der sich der Y-Tisch (200) auf
dem X-Tisch (100) verschiebt, und eine Anzahl
vertikaler Rollen (255-258) sich gegen Hilfsschienen
(171, 172) am X-Tisch (100) legen, um den
Arbeitstisch (250) zu tragen.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63304780A JP2709949B2 (ja) | 1988-12-01 | 1988-12-01 | 走査式描画装置の描画面調整機構 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3939837A1 true DE3939837A1 (de) | 1990-06-07 |
DE3939837C2 DE3939837C2 (de) | 1995-01-26 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3939837A Expired - Fee Related DE3939837C2 (de) | 1988-12-01 | 1989-12-01 | Zeichenflächen-Einstelleinrichtung für eine Zeichenvorrichtung |
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Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1062702A (ja) * | 1996-08-20 | 1998-03-06 | Asahi Optical Co Ltd | ラスターデータ描画装置 |
JP5145368B2 (ja) * | 2010-03-29 | 2013-02-13 | 三星ダイヤモンド工業株式会社 | 積層基板のパターニング装置 |
JP5474922B2 (ja) * | 2011-12-16 | 2014-04-16 | シャープ株式会社 | 光走査装置、及び画像形成装置 |
US8953010B2 (en) | 2011-12-02 | 2015-02-10 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light scanning device and image forming apparatus |
EP3241034A1 (de) * | 2014-12-29 | 2017-11-08 | Electro Scientific Industries, Inc. | Adaptive teileprofilerzeugung über unabhängige seitenmessung mit ausrichtungsfunktionen |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE911549C (de) * | 1951-12-16 | 1954-05-17 | Askania Werke Ag | Optisches Winkelmessgeraet, insbesondere Theodolit |
DE3046070A1 (de) * | 1980-02-01 | 1981-08-27 | Jenoptik Jena Gmbh, Ddr 6900 Jena | "optisches entzerrungsgeraet" |
US4500182A (en) * | 1982-12-27 | 1985-02-19 | Nicolet Instrument Corporation | Photoplotter |
DE3706327A1 (de) * | 1986-02-28 | 1987-09-03 | Nippon Seiko Kk | Bewegliche verbundtischanordnung |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4435055A (en) * | 1981-08-12 | 1984-03-06 | The Gerber Scientific Instrument Company | Multiple frequency ranging apparatus for focus control |
US4748456A (en) * | 1987-02-24 | 1988-05-31 | Luoma E Thomas | Photoplotter focus method |
-
1988
- 1988-12-01 JP JP63304780A patent/JP2709949B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-12-01 DE DE3939837A patent/DE3939837C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-12-01 US US07/444,243 patent/US5027137A/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE911549C (de) * | 1951-12-16 | 1954-05-17 | Askania Werke Ag | Optisches Winkelmessgeraet, insbesondere Theodolit |
DE3046070A1 (de) * | 1980-02-01 | 1981-08-27 | Jenoptik Jena Gmbh, Ddr 6900 Jena | "optisches entzerrungsgeraet" |
US4500182A (en) * | 1982-12-27 | 1985-02-19 | Nicolet Instrument Corporation | Photoplotter |
DE3706327A1 (de) * | 1986-02-28 | 1987-09-03 | Nippon Seiko Kk | Bewegliche verbundtischanordnung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5027137A (en) | 1991-06-25 |
JPH02150369A (ja) | 1990-06-08 |
JP2709949B2 (ja) | 1998-02-04 |
DE3939837C2 (de) | 1995-01-26 |
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