DE3939856A1

DE3939856A1 - Zeichenflaeche-einstellvorrichtung fuer eine abtastmuster-zeichenvorrichtung

Info

Publication number: DE3939856A1
Application number: DE3939856A
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Andoh; Michio Ohshima; Yuji Matsui; Takashi Okuyama; Toshitaka Yoshimura; Hidetaka Yamaguchi; Yasushi Ikeda; Jun Nonaka; Tamihiro Miyoshi; Mitsuo Kakimoto; Masatoshi Iwama; Hideyuki Morita; Satoru Tachihara; Akira Morimoto; Akira Ohwaki
Original assignee: Asahi Kogaku Kogyo Co Ltd
Current assignee: Pentax Corp
Priority date: 1988-12-01
Filing date: 1989-12-01
Publication date: 1990-06-21
Also published as: JPH02150399A; JP2678485B2; DE3939856C2; US5093561A

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtastmuster-Zeichenvorrichtung, wie beispielsweise einen Laserplotter, der durch Abtastung mit Laserlicht Muster zeichnet. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erfassung sowohl der Entfernung zwischen der Zeichenfläche und dem zugeordneten optischen System als auch der Neigung der Zeichenfläche relativ zum letzteren, und welche, falls erforderlich, die erfaßten Daten korrigiert.

Übliche Laserplotter sind im allgemeinen darauf abgestellt, Muster mit verhältnismäßig geringer Genaugigkeit zu zeichnen. Der Durchmesser des Strahlpunktes, der die kleinste Linienbreite bestimmte, ist typischerweise in der Größenordnung von 30 µm. Um eine Musterzeichnung mit größerer Genauigkeit und kleinerer Linienbreite zu gestatten, muß der Punktdurchmesser weiter verringert 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 aufwärts oder abwärts gegenüber dem optischen System bewegt wird, die gesamte Zeichenfläche jenseits des Scharfeinstellbereiches lokalisiert sein kann. Ist andererseits die Zeichenfläche gegenüber dem optischen System geneigt, so kann ein Teil des Abtastfeldes oder Hilfsfeldes jenseits des Scharfeinstellbereiches liegen.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden muß Vorsorge getroffen werden, um die Versetzung oder Neigung des Werkstückes zu erfassen und um die erforderlichen Korrekturen vorzunehmen. In der Praxis bereitet jedoch eine Zeichenvorrichtung für ein großes Abtastmuster beträchtliche Schwierigkeiten beim Fokussieren an verschiedenen Positionen eines einzelnen Abtasthubs mittels Vertikalbewegungen der Zeichenfläche, und es ist daher erwünscht, daß die Position der Zeichenfläche während eines einzelnen Abtasthubs konstant gehalten wird.

Wird die Erfassung der Position der Zeichenfläche relativ zum optischen System nur an einem Punkt durchgeführt, so tritt wahrscheinlich ein Versagen der Scharfeinstellung auf. Beispielsweise sei der Fall betrachtet, wo die Durchführung der Positionserfassung an einem Punkt auf der Mittellinie der Abtastbreite erfolgt. Dies macht keine Schwierigkeit, falls die Zeichenfläche über den gesamten Abschnitt der Abtastbreite eben ist oder falls sie linear geneigt verläuft. Ist jedoch die Neigung nichtlinear, wie in Fig. 37 angegeben ist, und wird die Zeichenfläche aufgrund der Ergebnisse der Erfassung an einem zentralen Punkt (B) vertikal gesteuert, so ist die Scharfeinstellung an der gestrichelten Linie. Anders ausgedrückt, es wird nur eine Begrenzung der Tiefenschärfe der Linse verwendet, und der Punkt (A) kann jenseits dieses Scharfeinstellbereiches liegen. Wird andererseits die Zeichenfläche vertikal auf der Grundlage des Durchschnittswertes der Ergebnisse der Erfassung an zwei Punkten (A) und (C) gesteuert, so befindet sich die Scharfeinstellung an der strichpunktierten Linie. Somit werden beide Begrenzungen des Scharfeinstellbereiches wirksam verwendet, um die Möglichkeit zu erhöhen, daß alle Punkte auf der Zeichenfläche innerhalb des richtigen Scharfeinstellungsbereiches fallen.

Ist jedoch das Profil der Zeichenfläche gemäß Fig. 38 nach oben gekrümmt, so ist eine vertikale Bewegung der Zeichenfläche auf der Grundlage der Ergebnisse der Erfassung an den beiden Endpunkten (A) und (C) nicht empfehlenswert, da der Punkt (B) wahrscheinlich jenseits des Scharfeinstellbereiches liegt. In einem solchen Falle werden die Ergebnisse der Erfassung an den drei Punkten (A), (B) und (C) erwünschterweise gemittelt, um eine Basis für vertikale Bewegungen der Zeichenfläche zu liefern.

Somit kann die Möglichkeit des Zeichnens von Mustern mit hoher Genauigkeit erhöht werden, indem die Anzahl der Erfassungspunkte erhöht wird, selbst wenn das Fokussieren lediglich erfolgt, indem die Zeichenfläche in Vertikalrichtung bewegt wird.

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zeichenfläche-Einstellvorrichtung zu schaffen, die sich zur Verwendung mit einer Zeichenvorrichtung für ein großes Zeichenmuster eignet.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung kann durch eine Vorrichtung gelöst werden, die gekennzeichnet ist, durch:
eine Anzahl Lichtabgabeeinheiten zum Projizieren von Lichtstrahlen mit einem außerhalb eines Empfindlichkeitsbereiches des Werkstückes liegenden Wellenlängenbereich auf eine Zeichenfläche des Werkstückes in solcher Weise, daß die Strahlen im wesentlichen an mehr als einer Stelle auf einer Abtastlinie der aus Licht bestehenden Zeichnungsstrahlen des abtastenden Optiksystems konvergieren;
eine Anzahl Kondensorlinsen zum Fokussieren von Lichtstrahlen aus den mehreren Lichtabgabeeinheiten, nachdem die Strahlen durch die Zeichenfläche reflektiert worden sind;
eine Anzahl von Lichtdetektorelementen, die an den Kondensierungspunkten der jeweiligen Kondensorlinsen angeordnet sind und die Ausgangssignale erzeugen, die Unterschiede in den Kondensierungspunkten darstellen, die auftreten, während sich die Linsen von der Zeichenfläche entfernen oder sich ihr nähern; und
eine Antriebseinrichtung zur Erzielung einer Relativbewegung zwischen dem abtastenden Optiksystem und der Zeichentafel, abhängig von den Ausgangssignalen der Anzahl der Lichtdetektorelemente.

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 eine 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 und 15 Darstellungen, die die Anordnung der Prismen zeigen, die in der vorstehenden Ausführungsform der Erfindung verwendet werden können;

Fig. 16 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht, die den mechanischen Teil der ersten Einheit zur Erzielung einer Feineinstellung der optischen Achse angibt, wie er in der vorstehenden Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;

Fig. 17 eine Vorderansicht des mechanischen Teils;

Fig. 18 einen teilweise weggebrochenen Grundriß des mechanischen Teils;

Fig. 19 eine rückwärtige Ansicht des mechanischen Teils;

Fig. 20 einen teilweise weggebrochenen Grundriß, der den mechanischen Teil der zweiten Einheit zur Erzielung der Feineinstellung der optischen Achse darstellt, wie er in der vorstehenden Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;

Fig. 21 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des mechanischen Teils;

Fig. 22 eine teilweise weggebrochene Vorderansicht des mechanischen Teils;

Fig. 23 eine teilweise weggebrochene rückwärtige Ansicht des mechanischen Teils;

Fig. 24 eine Querschnittsansicht, die den Aufbau des (f) theta-Linsenträgers darstellt, der im Fotoplotter der Fig. 1 verwendet wird;

Fig. 25 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht, die die Autofokus (AF)-Erfassungseinheit darstellt, die in der vorstehenden Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;

Fig. 26 einen Grundriß der Fig. 25, gesehen bei Blickrichtung in die Seitenfläche;

Fig. 27 einen teilweise gebrochenen Grundriß, der die Erfassungskontrolleinheit darstellt, die in vorstehender Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;

Fig. 28 eine Seitenansicht der Fig. 27, gesehen in Richtung des Pfeiles (A);

Fig. 29 eine perspektivische Ansicht eines Rahmenelementes;

Fig. 30 eine teilweise vergrößerte Ansicht der Fig. 27;

Fig. 31 einen Querschnitt der Fig. 27, gesehen in Richtung der Pfeile XXXI;

Fig. 32 ein Blockschaltbild des Steuersystems, das in vorstehender Ausführungsform der Erfindung verwendet wird;

Fig. 33 eine Darstellung mit Angabe der Neigung oder Welligkeit der Zeichenfläche;

Fig. 34 eine schematische Darstellung eines AF-Antriebsmechanismus;

Fig. 35 eine Darstellung zur Veranschaulichung des Prinzips einer AF-Erfassung und eines AF-Antriebs;

Fig. 36 eine Ablaufdarstellung für den AF-Vorgang;

Fig. 37 und 38 Darstellungen zur Angabe zweier Verfahren zum Erfassen der Position der Zeichenfläche.

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) angetrieben. 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 laserbetätigbare 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 anderen 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 mehrerer 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) gegenüber 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) eine 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 veranlaß 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 nachteiliger 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, umd 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, 256, 257, 258), die sich gegen die Hilfsschienen (171, 172) 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-Antriebseinheit (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 ersten 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) angeordnete 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 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 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 dargestellte 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 eine 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°C 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.

Die Linsen (406, 406′) haben einen in der nachstehenden Tabelle 1 angegebenen Aufbau und die Linsen (408, 408′) haben einen in Tabelle 2 angegebenen Aufbau. In diesen Tabellen bedeutet F die Brennweite der Linse, r _i den Krümmungsradius der i-ten Fläche, d _i den Abstand (Linsenstärke oder Luftabstand) zwischen der i-ten und der (i + 1)-ten Fläche und n _i die Brechungszahl des Mediums zwischen der i-ten und der (i + 1)-ten Oberfläche bei der verwendeten Wellenlänge.

Um eine Anzahl Punkte auf der Bildebene geringe Beträge zu trennen während eine hohe Konvergenz eines jeden Punktes gewährleistet wird, müssen die abtastenden Lichtstrahlen an der gleichen Position an der Ablenkeinrichtung derart zusammengesetzt werden, daß sie ausreichend kleine Winkel haben. Zu diesem Zweck ist eine Feineinstellung und eine Adjustierung sowohl des Winkels als auch der Position erforderlich. Insbesondere müssen enge Toleranzen in der Winkelrichtung eingehalten werden, da sich ein diesbezüglicher Fehler auf der Bildebene vervielfacht. Eine ausreichende Genauigkeit kann durch eine Einstellung mit Spiegeln nicht erzielt werden.

Somit werden, wie vorausgehend beschrieben wurde, zwei Einheiten zur Feinabstimmung der optischen Achse für jede optische Bahn im System vorgesehen, im Hinblick auf den Zweck der Einstellung der Richtung der Lichtstrahlen und der Größe ihrer Verschwenkung mit kleiner Schrittweite. Aus dem gleichen Grund ist eine fünfte und sechste Einheit (410″, 420″) zur Feineinstellung der optischen Achse für das Kontrollicht (L 0) vorgesehen.

Das erste und zweite Prisma (411, 412) in der ersten Abstimmeinheit (410) hat den in Fig. 14 und Tabelle 3 angegebenen Aufbau, während das erste und zweite Prisma (421, 422) in der zweiten Abstimmeinheit (420) den in Fig. 15 und der Tabelle 4 angegebenen Aufbau haben. Fig. 14 ist ein Querschnitt der Optikkopfeinheit (4), der durch die X-Z-Ebene senkrecht zur Oberseite der Optikkopfeinheit geführt ist, und Fig. 15 ist ein Querschnitt der gleichen Optikkopfeinheit, der durch die X-Y-Ebene parallel zu deren Oberseite geführt ist.

Die Prismen in der Abstimmeinheit (410) für die erste optische Achse sind nicht gegenüber der Richtung des in der X-Y-Ebene einfallenden Lichtes geneigt und spielen daher keine Rolle bei der Ablenkung in dieser Ebene. In ähnlicher Weise spielen die Prismen in der Abstimmeinheit (420) für die zweite optische Achse keine Rolle bezüglich der Ablenkung in der Y-X-Ebene.

Um zu gewährleisten, daß die Prismen den in den Fig. 14 und 15 und in den Tabellen 3 und 4 angegebenen Einstellungen genügen, ist das erste Prisma (411) in der Abstimmeinheit (410) für die erste optische Achse in Richtung der optischen Achse einstellbar verschiebbar und das zweite Prisma (412) ist um die Schwenkachse parallel zur X-Achse einstellbar verschwenkbar. Ferner ist das erste Prisma (421) in der Abstimmeinheit (420) für die zweite optische Achse in Richtung der optischen Achse einstellbar verschiebbar und das zweite Prisma (422) ist um die Schwenkachse parallel zur Z-Achse einstellbar verschwenkbar. Einzelheiten der Einrichtungen zur Durchführung der erforderlichen Einstellungen werden anschließend beschrieben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind 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 ferner derart, daß sie gegen die ersten Lineseneinheit (430) aus einer Position gerichtet sind, die jeweils um 3,8 mm und um 4,48 mm in der Hauptabtastrichtung und der Unterabtastrichtung entfernt ist.

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 gemäß Tabelle 6 aus einem positiven und einem negativen Element besteht und wird anschließend gegen eine zweite Linseneinheit (434) gerichtet, die gemäß Tabelle 7 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 gemäß Tabelle 8 aus einem negativen, einem positiven, einem negativen und einem positiven Element besteht, aus einer Strahlumlenkeinrichtung (443) und einer vierten Linseneinheit (444), die gemäß Tabelle 9 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 verbreitet. 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 Vergrößerung dieser Strahldehnereinheiten; vielmehr macht sich 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, gemäß Tabelle 10, 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-Detektoreinheit (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.

Tabelle 1

Linsen (406) und (406′) (wovon jede aus einem Einzelelement besteht); f = 130,02

Der Luftabstand von der zweiten Oberfläche jeder Linse zur Oberfläche des zugehörigen Musterzeichnungs-AO-Wandlers ist 127,89.

Tabelle 2

Linsen (408) und (408′) (wovon jede aus einem Einzelelement besteht); f = 130,02

Der Luftabstand vom Musterzeichnungs-AO-Wandler zur ersten Oberfläche einer jeden Linse ist 127,89.

Tabelle 3

Erste Abstimmeinheit (410) für die optische Achse (zwei Einheiten-zwei Elemente)

Die Luftentfernung von der zweiten Oberfläche der Linse (408) zur ersten Oberfläche der Abstimmeinheit ist 93,93.

Tabelle 4

Zweite Abstimmeinheit (420) für die optische Achse (zwei Einheiten-zwei Elemente)

Der Luftabstand von der vierten Oberfläche der ersten Abstimmeinheit (410) zur ersten Oberfläche der Abstimmeinheit (420) ist 120,00.

Tabelle 5

Erste Linseneinheit (430) (drei Einheiten-drei Elemente); f = 179,99

Der Luftabstand von der vierten Oberfläche der vierten Abstimmeinheit (420) zur ersten Oberfläche der ersten Linseneinheit (420) ist 150,00, der Luftabstand von der sechsten Oberfläche der ersten Linseneinheit (420) zum kompensieren AO-Wandler (432) ist 54,67 und der Luftabstand vom Kondensierungspunkt durch die erste Linseneinheit zur Wandlerfläche ist 61,95.

Tabelle 6

Relaislinseneinheit (433) (zwei Einheiten-zwei Elemente); f = 56,18

Der Luftabstand von der Wandlerfläche des kompensierenden AO-Wandlers zur ersten Oberfläche der Relaislinseneinheit ist 140,38.

Tabelle 7

Zweite Linseneinheit (434) (zwei Einheiten-zwei Elemente); f = 299,99

Der Luftabstand zwischen der vierten Oberfläche der Relaislinseneinheit und der ersten Oberfläche der zweiten Linseneinheit ist 76,55.

Tabelle 8

Dritte Linseneinheit (442) (vier Einheiten-vier Elemente); f = 16,16

Der Luftabstand zwischen der vierten Oberfläche der zweiten Linseneinheit (434) und der ersten Oberfläche der dritten Linseneinheit (442) ist 317,00.

Tabelle 9

Vierte Linseneinheit (444) (zwei Einheiten-zwei Elemente); f = 346,22

Der Luftabstand zwischen der achten Oberfläche der dritten Linseneinheit (442) und der ersten Oberfläche der vierten Linseneinheit (444) ist 196,94, und der Luftabstand von der vierten Oberfläche der vierten Linseneinheit (444) zum Polygonalspiegel ist 1261,00.

Tabelle 10

f theta-Linse

F-Zahl=6,0; f = 151,207; 2 theta=40°

Pupillenposition: 94,030 mm vor der ersten Oberfläche

Der Aufbau der Abstimmeinheiten für die optische Achse wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 16 bis 23 beschrieben. Aus Gründen der Einfachheit ist die nachfolgende Beschreibung auf die ersten und zweite Abstimmeinheit beschränkt, es versteht sich jedoch, daß die übrigen Abstimmeinheiten den gleichen Aufbau haben, mit Ausnahme der Richtung, in der die Prismen orientiert sind.

Die Fig. 16 bis 18 zeigen die Abstimmeinheit (410) für die erste optische Achse. Wie in Fig. 16 angegeben ist, hat diese Abstimmeinheit eine Basis (600), die an der Optikkopfeinheit (4) verschraubt ist, eine verschiebbare Einstelleinheit (610), die an der Basis (600) befestigt ist und die mit einem ersten Prisma (411) ausgestattet ist und eine schwenkbare Einstelleinheit (620), die mit dem zweiten Prisma (412) ausgestattet ist.

Gemäß Fig. 17 ist die verschiebbare Einstelleinheit (610) aus einem festliegenden Teil (611) aufgebaut, der an der Basis (600) befestigt ist und aus einem beweglichen Teil (612), der in der Richtung der optischen Achse mittels der Führungsschieneneinrichtung im festliegenden Teil in Richtung der optischen Achse verschiebbar ist. Der festliegende Teil (611) hat für die Verschiebungseinstellung einen Mikrometerkopf (630), der an ihm über einen Halter (613) befestigt ist. Gemäß Fig. 18 hat der bewegliche Teil (612) ein Loch, das als optische Bahn dient und in dem ein Metallelement (614) mit L-förmigem Querschnitt befestigt ist und an dem das erste Prisma (411) angebracht ist. Der bewegliche Teil (612) hat ebenfalls ein Führungselement (650) als fest verbundenes Element, das in einer solchen Position befestigt ist, daß es dem Mikrometerkopf (630) zugewandt ist.

Der bewegliche Teil (612) wird durch eine innen liegende Feder nach links gedrückt, gesehen entsprechend Fig. 16, und das vordere Ende der Spindel (631) des Mikrometerkopfes (630) wird gegen das Führungselement (615) gedrückt. Somit kann die bewegbare Einheit (612) verschiebbar in Richtung der optischen Achse eingestellt werden, indem der Mikrometerkopf (630) durch Verschwenken verstellt wird. Nach Einstellung auf eine vorgegebene Position werden die Bolzen angezogen, um den beweglichen Teil (612) am festliegenden Teil (611) zu befestigen.

Die schwenkbare Einstelleinheit (620) hat einen festliegenden Teil (621), der mit der Basis (600) verschraubt ist, und einen drehbaren Abschnitt (623), der am festliegenden Teil (621) in solcher Weise befestigt ist, daß er um eine Schwenkachse (622) (siehe Fig. 18) verschwenkbar ist, die am Mittelpunkt des zweiten Prismas (412) positioniert ist. Der drehbare Abschnitt (622) hat an ihm ein Metallelement (624) mit L-förmigem Querschnitt befestigt, mit dem das zweite Prisma (412) verbunden ist. Ferner hat die drehbare Stufe (623) einen Stab (625), der von einem Ende absteht und der sich zusammen mit diesem Abschnitt dreht.

Der festliegende Teil (621) hat ein Halteelement (626), das an einer seiner Stirnseiten befestigt ist und dieses Halteelement hat gemäß Fig. 19 U-förmigen Querschnitt. Der obere Arm (628 a) des Halteelementes (626) ist mit einem Mikrometerkopf (640) für die Verschwenkungseinstellung ausgestattet, und sein unterer Arm (626 b) ist mit einem federbelasteten Kolben (650) versehen, der dem Mikrometerkopf (640) zugewandt ist.

Der Stab (625), der vom drehbaren Abschnitt (623) vorsteht, wird zwischen dem vorderen Ende der Spindel (641) des Mikrometerkopfes (640) und dem federbelasteten Kolben (650) gehalten, und der Neigungswinkel des zweiten Prismas (412) durch Einstellung des Mikrometerkopfes (640) auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Nach Einstellung der Neigung des zweiten Prismas auf die in Fig. 14 und in der Tabelle 3 angegebenen Einstellungen wird der sich drehende Abschnitt (623) am festliegenden Teil (621) mit Bolzen befestigt.

Die Fig. 20 bis 23 zeigen die zweite Abstimmeinheit (420) für die optische Achse. Gemäß Fig. 20 hat diese Abstimmeinheit eine mit der Optikkopfeinheit (4) verschraubte Basis (100), eine verschiebbare Einstelleinheit (710), die an der Basis (700) befestigt und mit dem ersten Prisma (421) ausgestattet ist, und eine schwenkbare Einstelleinheit (720), die mit dem zweiten Prisma (422) versehen ist.

Gemäß Fig. 21 ist die verschiebbare Einstelleinheit (710) aus einem festliegenden Teil (711), der an der Basis (700) befestigt ist, und einem beweglichen Teil (712) zusammengesetzt, der in Richtung der optischen Achse mittels der Führungsschieneneinrichtungg im festliegenden Teil verschiebbar ist. Der festliegende Teil (711) hat einen Mikrometerkopf (730) für eine Verschiebungseinstellung, der an ihm mittels eines Halters (713) befestigt ist. Gemäß Fig. 20 hat der bewegliche Teil (712) ein Loch, das als optische Bahn dient, in dem ein Metallelement (714) mit L-förmigem Querschnitt befestigt ist, an dem das erste Prisma (421) verbunden ist. Der bewegliche Teil (712) hat ebenfalls ein Führungselement (715) als damit fest verbundenes Element, das in einer solchen Position angebracht ist, daß es dem Mikrometerkopf (730) zugewandt liegt.

Der bewegliche Teil (712) wird durch eine damit fest verbundene Feder gegen die linke Seite, in der Darstellung der Fig. 20, gedrückt, und das vordere Ende der Spindel (731) des Mikrometerkopfes (730) wird gegen das Führungselement (715) gedrückt. Somit kann die bewegliche Einheit (712) eine Verschiebungseinstellung in Richtung der optischen Achse erfahren, indem der Mikrometerkopf (730) durch Verschwenken eingestellt wird. Nach der Einstellung auf eine vorbestimmte Position werden die Bolzen angezogen, um den beweglichen Teil (712) am festliegenden Teil (711) zu sichern.

Die Schwenkeinstellungseinheit (720) hat einen festliegenden Teil (721), der mit der Basis (700) verschraubt ist, und einen drehbaren Abschnitt (723), der am festliegenden Teil (721) derart befestigt ist, daß er um eine Schwenkachse (722) schwenkbar ist, die im Mittelpunkt des zweiten Prismas (422) liegt. Der drehbare Abschnitt (722) hat an ihm ein Metallelement (724) mit L-förmigem Querschnitt befestigt, mit dem das zweite Prisma (422) verbunden ist. Ferner hat der drehbare Abschnitt (723) einen Stab (725), der an einem Ende vorsteht und der sich zusammen mit diesem Abschnitt dreht (siehe Fig. 20).

Gemäß Fig. 20 hat der festliegende Teil (721) zwei seitlich vorstehende Halteelemente (726, 727), die an einer seiner Stirnseiten befestigt sind. Das Halteelement (726) ist mit einem Mikrometerkopf (740) für eine Schwenkeinstellung ausgestattet, und das Halteelement (727) ist mit einem federbelasteten Kolben (750) ausgestattet, der dem Mikrometerkopf zugewandt ist.

Der vom drehbaren Abschnitt (723) vorstehende Stab (725) wird zwischen dem vorderen Ende der Spindel (741) des Mikrometerkopfes (140) und dem federbelasteten Kolben (750) gehalten und der Neigungswinkel des zweiten Prismas (422) kann durch Einstellung des Mikrometerkopfes (740) auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Nach der Einstellung der Neigung des zweiten Prismas auf die in Fig. 15 und in der Tabelle 4 angegebenen Einstellungen wird der drehbare Abschnitt (723) am festliegenden Teil (721) verschraubt.

Die erste und zweite Abstimmeinheit für die optische Achse liegen in der optischen Bahn des primär gebrochenen Strahls, der aus dem ersten Musterzeichnungs-AO-Wandler austritt, wobei ihre Bodenflächen um einen Brechungswinkel von 1° geneigt sind.

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 Exzentrität 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. 24 ausgebildet.

Ein erstes bis fünftes Linsenelement (501-505) werden mit ihren jeweiligen Rändern zwischen den Stufen der Hauptfassung (510) und Schraubringen (501 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. 24, 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 oberen Ende des Halters (530) steht im Gewindeeingriff mit einem Schraubring (531). Dieser Halter (530) ist zu seiner Lagerung an der Optikkopfeinheit (4) befestigt.

Zur Einstellung 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. 25 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 polarisierende Strahlenteiler (448) ist derart angebracht, daß er einen langen Schlitz (542) in der Bodenwand (541) der Linsenabdeckung (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 Haltelement (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. 25 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, eine 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. 26 (die einen Grundriß der Fig. 25 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. 26) 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. 25 durch eine strich-doppelpunktierte Linie angegeben ist, ist deutlicher in Fig. 27 dargestellt. Wie aus Fig. 27 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 Lichtleiterfasern 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. 28 (eine Seitenansicht der Fig. 27, 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. 27 ist ein Querschnitt der Fig. 28, gesehen in Richtung der Pfeile XXVII, und die obere Hälfte der Fig. 27 ist ein Querschnitt der Fig. 28, gesehen in Richtung der Pfeile XXVII′.

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. 29 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. 30 und 31 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 wirksamsten Abschnitt der Spindel (860 a) befestigt ist. Fig. 30 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht der Fig. 27 und Fig. 31 ist ein Querschnitt der Fig. 27, gesehen in Richtung der Pfeile XXXI.

Gemäß Fig. 31 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. 31) 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. 32 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 Lichtqualität 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 langsamen Ansprechen verwendet wird, um die vertikalen Bewegungen der Zeichenfläche in solcher Weise auszuführen, daß sie innerhalb eines einzelnen Abtasthubes eine konstante Position beibehält.

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 anderen 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. 33. 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. 34 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 vorausgehend beschrieben wurde, die beiden Steuereinheiten an einer Seite der Abtastrichtung durch das gleiche Signal betrieben. Aus Gründen der Einfachheit sind in Fig. 34 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. 34) Vqa, Vqb und Vqc (siehe Fig. 35) als Ausgangsspannungen erzeugt, die die Abweichungen an den jeweiligen Punkten von der Bezugsscharfeinstellungslinie angeben, so könne 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

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)

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-Detektoreinheit (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. 36. 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 war. 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.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, ist die erfindungsgemäße Zeichenfläche-Einstellvorrichtung zur Verwendung mit einer Abtastmuster-Zeichenvorrichtung in der Lage, den Abstand von der abtastenden Optikeinheit zur Zeichenfläche zu korrigieren, indem auf ihr eine Anzahl Punkte erfaßt werden, die im wesentlichen parallel zur Linie der Abtastung durch die Lichtstrahlen liegen. Daher können, selbst wenn die Zeichenfläche eine Welligkeit oder andere Unebenheiten innerhalb eines einzelnen Abtastfeldes aufweist, die Ergebnisse der Erfassung dieser Punkte gemittelt werden, um eine Grundlage zur Steuerung der Zeichenfläche zu schaffen, wodurch die Chance erhöht wird, die Zeichenfläche derart einzustellen, daß si 00709 00070 552 001000280000000200012000285910059800040 0002003939856 00004 00590e innerhalb des Scharfeinstellbereiches der abtastenden Linse fällt. Falls die Steuereinrichtung aus zwei Abschnitten besteht, wovon der eine zur Neigung der Zeichenfläche und der andere zur Erzielung einer Parallelverschiebung derselben dient, kann jener Bereich der Zeichenfläche, der sonst nicht innerhalb des Scharfeinstellungsbereiches der Abtastlinse liegen würde, eingestellt werden, um innerhalb des Scharfeinstellungsbereiches zu liegen, in dem die Zeichentafel oder der Zeichentisch entsprechend dem Ausmaß der Welligkeit auf der Zeichenfläche geneigt wird.

Claims

1. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung zur Verwendung mit einer Abtastmuster-Zeichenvorrichtung, in welcher ein abtastendes optisches System Zeichnungsstrahlen aus Licht längs Abtastlinien auf einem auf einer Zeichentafel (300) befindlichen Werkstück bestreicht, gekennzeichnet durch:
eine Anzahl Lichtabgabeeinheiten (912) zum Projizieren von Lichtstrahlen mit einem außerhalb eines Empfindlichkeitsbereiches des Werkstückes liegenden Wellenlängenbereich auf eine Zeichenfläche des Werkstückes in solcher Weise, daß die Strahlen im wesentlichen an mehr als einer Stelle auf einer Abtastlinie der aus Licht bestehenden Zeichnungsstrahlen des abtastenden Optiksystems (400, 450, 500) konvergieren;
eine Anzahl Kondensorlinsen (922) zum Fokussieren von Lichtstrahlen aus den mehreren Lichtabgabeeinheiten (912), nachdem die Strahlen durch die Zeichenfläche reflektiert worden sind;
eine Anzahl von Lichtdetektorelementen (927), die an den Kondensierungspunkten der jeweiligen Kondensorlinsen angeordnet sind und die Ausgangssignale erzeugen, die Unterschiede in den Kondensierungspunkten darstellen, die auftreten, während sich die Linsen von der Zeichenfläche entfernen oder sich ihr nähern; und
eine Antriebseinrichtung zur Erzielung einer Relativbewegung zwischen dem abtastenden Optiksystem (400, 450, 500) und der Zeichentafel, abhängig von den Ausgangssignalen der Anzahl der Lichtdetektorelemente.

2. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung zwei Abschnitte umfaßt, einen zum Neigen der Zeichentafel gegenüber dem abtastenden Optiksystem (400, 450, 500) und den anderen, um Parallelbewegungen der Zeichentafel in solcher Weise durchzuführen, daß sich sich vom abtastenden Optiksystem entfernt oder sich diesem annähert.

3. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Lichtabgabeeinheiten umfaßt: eine Leuchtdiode (912), eine Projektionslinse (913), die die Lichtabgabe von der Leuchtdiode aufnimmt, und ein Prisma (915), das die Lichtabgabe von der Projektionslinse aufnimmt und dieses Licht gegen die Zeichentafel richtet.

4. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (915) die Lichtabgabe in eine Richtung leitet, die im wesentlichen parallel zur Zeichenfläche liegt.

5. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtabgabeeinheiten die Strahlen in solche Richtungen werfen, damit sie an der Zeichenfläche an einer Stelle konvergieren, wo die Zeichnungsstrahlen konvergieren.

6. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode (912) Licht mit einer Wellenlänge von im wesentlichen 860 nm abgibt.

7. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Lichtdetektorelemente (927) eine Positionssensoreinrichtung umfaßt.

8. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Lichtdetektorelemente (927) ein Prisma (924) und ein für Infrarot durchlässiges Filter (926) umfaßt, die zwischen einer jeweiligen Kondensorlinse (922) und der Positionssensoreinrichtung liegen.

9. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Lichtabgabeeinheiten (912) und der Lichtdetektorelemente (927) jeweils drei ist und daß sie in Abtastrichtung der Zeichnungsstrahlen im Abstand voneinander liegen.

10. Zeichenfläche-Einstellvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtabgabeeinheiten (912) die Strahlen im wesentlichen auf die entgegengesetzten Ende und einen Mittelpunkt der Abtastlinie werfen, so daß die Ausgangssignale der Lichtdetektorelemente (927) eine Anzeige bezüglich eines Spaltes zwischen den Lichtabgabeeinheiten und der Zeichenfläche und bezüglich des Betrages einer Neigung der Zeichenfläche bilden.