DE69010318T2 - Abtastanordnung zum Abtasten einer Oberfläche entlang einer Linie mittels optischer Strahlung. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Abtastvorrichtung zum Abtasten einer Oberfläche entlang einer Linie mittels optischer Strahlung, die ein strahlungsempfindliches Detektorsystem zum Detektieren der von der Oberfläche herrührenden Strahlung und außerdem ein optisches System zum Abbilden eines Gebiets der Oberfläche am strahlungsempfindlichen Detektorsystem und ein Ablenksystem zum Wählen des erwähnten Gebiets der abzutastenden Oberfläche enthält, wobei das optische System ein erstes und ein zweites zylindrisches Untersystem enthält, wobei das erste zylindrische Untersystem nahe bei oder parallel zu der abzutastenden Linie angebracht und das zweite zylindrische Untersystem nahe beim Detektorsystem angebracht ist. Eine derartige Vorrichtung wird zum Prüfen der Oberfläche eines Gegenstands verwendet, beispielsweise zum Lesen der darauf angebrachten Markierungszeichen. Eine derartige Vorrichtung findet außerdem Anwendung bei der Prüfung von Produkten wie einer elektronischen Schaltung, um das Vorhandensein der darauf angeordneten Bauteile an den richtigen Stellen zu überprüfen.
• Eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art ist aus der Patentschrift US- A-3 787 107 bekannt. Hier wird eine Vorrichtung beschrieben, mit der die Oberfläche eines auf einem Förderband befindlichen Gegenstands zum Lesen der auf dem Gegen stand angebrachten Information in Form von Markierungszeichen wie Buchstaben abgetastet wird. Mit einem Laserbündel und einem Ablenksystem in Form eines rotierenden Polygonspiegels wird eine Linie auf der Oberfläche mit einem Lichtfleck abgetastet. Der Lichtfleck wählt Gebiete der Linie. Die von der Oberfläche zurückgeworfene Strahlung wird anschließend über zwei zylindrische Systeme in Form von Zylinderlinsen auf einen photoelektrischen Wandler projiziert. Das Ausgangssignal des photoelektrischen Wandlers oder des strahlungsempfindlichen Detektorsystems ist ein Maß für den Reflexionskoeffizienten der Oberfläche und demnach für das mögliche Vorhandensein eines Markierungszeichens.
• Die bekannte Vorrichtung mißt die Strahlungsmenge und also den Reflexionskoeffizienten des Gebiets auf der Oberfläche, das das Strahlungsbündel anstrahlt. Die bekannte Vorrichtung eignet sich jedoch nicht zum Durchführen anderer Messungen, insbesondere zum Bestimmen des Reliefs der Oberfläche durch die Messung des Profils entlang der abzutastenden Linie. Eine derartige Profilmessung ist besonders vorteilhaft bei der Prüfung von Artikeln mit einer höhenungleichen Oberfläche, wie beispielsweise einer elektrischen Schaltung, deren Bauteile an festen Stellen auf einer flachen Trägerplatte angebracht sein sollen, oder von Markierungszeichen, die sich zwar höhenmäßig aber nicht in der Farbe vom Hintergrund unterscheiden.
• Der Erfindung liegt u.a. die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auf optischem Wege eine dreidimensionale Prüfung durchführbar ist. Dazu ist die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenksystem im Strahlungsweg zwischen dem ersten und dem zweiten zylindrischen Untersystem angebracht ist, und daß das optische System ebenfalls eine Abbildungslinse enthält, die derart angeordnet ist, daß quer zur Abtastrichtung die Oberfläche in der Abbildungslinse von dem ersten zylindrischen Untersystem abgebildet und die Abbildungslinse vom zweiten zyiindrischen Untersystem auf dem Detektorsystem abgebildet werden. Ohne die Abbildungslinse würde der Schnittpunkt einer Nennfläche mit der optischen Achse des optischen Systems in einer Ansicht quer zur Abtastrichtung auf dem Detektorsystem richtig abgebildet werden. In der anderen Ansicht wird gar keine Abbildung geformt. Andere Punkte sowohl in der Ebene, aber neben der optischen Achse, als auch in einer anderen Tiefe würden jedoch mit bedeutenden Aberrationen abgebildet werden. Mit der Abbildungslinse wird zunächst eine Abbildung in der Ansicht der Abtastrichtung gebildet. In der Ansicht quer zur Abtastrichtung arbeitet die Abbildungslinse als Feldlinse, die sowohl Aberrationen in der Ebene als auch in der Tiefentransformation korrigiert, so daß beim Detektorsystem eine räumliche Wiedergabe des Teiles der Oberfläche um den Nennabtastpunkt entsteht, wobei die Wiedergabe nur wenig Aberration aufweist. Auch wird das Feld wesentlich vergrößert und wird Vignettierung vermieden. Der Teil der Oberfläche, der faktisch abgebildet wird, wird durch den Stand oder die Einstellung des Ablenksystems bestimmt.
• Es hat sich gezeigt, daß eine Abbildungslinse, die die Oberfläche auf dem Detektorsystem abbildet, einen größeren vorteilhaften Einfluß auf die Reduktion von Aberrationen als eine wirkliche Feldlinse hat, die die zwei zylindrischen Untersysteme genau aufeinander abbildet.
• Die Abbildungslinse kann eine einfache Linse sein, aber auch ein System, das aus einer Anzähl von Linsenelementen aufgebaut ist.
• Die angeordnete erste Zylinderlinse bietet den weiteren Vorteil, daß Abweichungen von der gewünschten Abtastlinie durch Mängel des Ablenksystems weitgehend reduziert werden.
• Die zylindrischen Untersysteme enthalten beispielsweise Zylinderlinsen. Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zylindrisches Untersystem einen zylindrischen Hohlspiegel enthält. Ein spiegelndes System kann mit einer numerischen Apertur verwirklicht werden, die wesentlich größer ist als die numerische Apertur einer Linse. Dadurch ist es möglich, Strahlung aus der Oberfläche unter einem Winkel von mehr als 45º mit der Senkrechte der Oberfläche einzufangen.
• Vorzugsweise ist diese Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Spiegel eine elliptische Form hat. Durch die Wahl einer Ellipse, von der ein Brennpunkt auf der Nennposition der Oberfläche und der andere Brennpunkt in der Abbildungslinse liegt, wird eine gute Abbildung erhalten. Außerdem läßt sich ein elliptischer Zylinderspiegel verhältnismäßig einfach mit einer Fräsbank herstellen.
• Bei der Verwendung von Zylinderlinsen ist die Abtastvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten zylindrischen Untersysteme Zylinderlinsen mit einer von einer Kreisform abweichenden Brechungsfläche enthalten (asphärische Zylinderlinse). Hiermit können die auf der Achse des Systems liegenden Punkte nahezu ohne Bildfehler abgebildet werden. Die Aberrationen in den Abbildungen von Punkten, die nicht auf der Achse liegen, werden von der Abbildungslinse reduziert.
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungslinse im Strahlungsweg zwischen dem Ablenksystem und dem zweiten zylindrischen Untersystem angebracht ist. Hierdurch ist die Richtung des Strahlungsbündels, das die Abbildungslinse durchläuft, vom Stand des Ablenksystems unabhängig. Die Linse und der optische Lichtweg sind hierdurch einfacher.
• Die Breite, über die die Oberfläche abgetastet werden kann, wird dadurch beschrankt, daß der optische Weg zwischen verschiedenen Punkten der abzutastenden Linie und dem Detektorsystem nicht oder höchstens nur geringfügig abweichen darf. Das bedeutet, daß das Ablenksystem sich weit von der Oberfläche befinden muß, und daß die erwähnte Breite wesentlich kieiner sein soll als der Brennpunktabstand der Abbildungslinse. Zum Beseitigen dieses Nachteils ist die Abtastvorrichtung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das optische System ebenfalls ein Korrektursystem im Strahlungsweg zwischen dem ersten zylindrischen Untersystem und dem Ablenksystem enthält, wodurch der optische Abstand des abzutastenden Gebiets zum strahlungsempfindlichen Detektorsystem vom Stand des Ablenksystems nahezu unabhängig ist. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursystem aus wenigstens zwei im Strahlungsweg hintereinander angeordneten gekrümmten Spiegeln zusammengesetzt ist. Mit einem derartigen System, bei dem ein Spiegel eine konvexe und vorzugsweise hyperbolische und der zweite Spiegel eine konkave vorzugsweise parabolische Form hat, kann die Oberfläche telezentrisch abgetastet werden, wobei die Hauptachse des Abtastbündels immer denselben Winkel beispielsweise senkrecht mit der abzutastenden Oberfläche einschließt. Ein derartiges Korrektursystem ist in EP-A-0 351 011 beschrieben, die gemäß Art. 54(3) EPC ein Teil des Standes der Technik ist. Die in jener Anmeldung beschriebene Abtastvorrichtung enthält jedoch keine ersten und zweiten zylindrischen Untersysteme, wie in der Abtastvorrichtung dieser Anmeldung. Die Auswirkungen und Vorteile der vorliegenden Erfindung, wie das Formen einer räumlichen Abbildung und die große numerische Apertur und also der große Strahlungseinfang in der Richtung quer zur Abtastvorrichtung, wodurch Höhenmessung möglich ist, sind in der erwähnten Anmeldung nicht beschrieben. Das in der erwähnten Anmeldung beschriebene Korrektursystem ermöglicht es, die Oberfläche über eine große Breite und mit hoher Genauigkeit telezentrisch abzutasten.
• Die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungslinse eine anamorphotisehe Linse ist. Das Linsensystem, das die Abbildungslinse formt, erfüllt zwei Aufgaben. Wie oben beschrieben, dient die Abbildungslinse zum Korrigieren der Abbildungsfehler der zylindrischen Systeme in der Richtung quer zur Abtastrichtung und zum Vergrößern des Feldes. Weiter bildet dieses Linsensystem in der Abtastrichtung, in der die zylindrischen Systeme keine Energie haben, eine Abbildung der abzutastenden Oberfläche auf dem Detektorsystem. Bei der Verwendung einer anamorphotischen Linse werden beide Aufgaben unabhängig voneinander optimiert.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten zylindrischen Untersysteme in bezug auf die Abbildungslinse symmetrisch angeordnet sind. In einem symmetrischen System gleicht das erste zylindrische Untersystem die vom zweiten zylindrischen Untersystem eingeführten Bildfehler aus. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nur eine Form von Zylinderlinse oder von zylindrischem Spiegel erforderlich ist. Es hat sich gezeigt, daß mit einem derartigen Aufbau eine qualitativ gute Abbildung erhalten werden kann.
• Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das strahlungsempfindliche Detektorsystem wenigstens einen strahlungsempfindlichen Detektor mit einem vor ihn angeordneten Linsensystem enthält, wobei die Hauptachse des erwähnten Linsensystems einen Winkel mit der Hauptachse des zweiten zylindrischen Untersystems einschließt. Da das optische System eine räumliche Realabbildung der Oberfläche erzeugt und die Zylinderlinse oder der zylindrische Spiegel eine verhältnismäßig große numerische Apertur in der Richtung quer zur Abtastrichtung hat, kann das Detektorsystem derart ausgeführt sein, daß ein Triangulationsverfahren verwendet wird, mit dem Information über die Höhe des gewählten Gebiets erhalten wird. Eine Triangulations-Doppelmessung bietet den Vorteil, daß sie weniger empfindlich für Schatten ist und genauere Information liefert.
• Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemaßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das optische System vollständig oder teilweise zum Fokussieren des gelieferten Strahlungsbündels auf der Oberfläche dient, und daß das Ablenksystem ebenfalls zum Bewegen eines auf diese Weise gebildeten Strahlungsflecks entlang der abzutastenden Linie dient. Eine genaue Wahl des abzutastenden Gebiets kann dadurch erhalten werden, daß das Gebiet mit einem kleinen Strahlungsfleck angestrahlt wird, der sich mit dem abzutastenden Gebiet mitbewegt. Das bereits in der Abtastvorrichtung vorhandene optische System eignet sich hervorragend zur Bildung eines derartigen Meinen Strahlungsflecks auf der Oberfläche. Weitere Vorteile der Verwendung des optischen Systems sind hierbei, daß das einfallende Strahlungsbündel in derselben Richtung, beispielsweise senkrecht auf der Oberfläche, einfallt, wie in der die von der Oberfläche herrührende Strahlung eingefangen wird, so daß ein Schatteneffekt nahezu keine Rolle spielt. Dabei kann das ein fallende Strahlungsbündel das ganze optische System durchlaufen oder nur den Teil zwischen dem Ablenksystem und der Oberfläche. Im letzten Fall wird das Strahlungsbündel, beispielsweise über einen Spiegel, eingekoppelt
• Ein Ausführungsbeispiei der erlindungsgemaßen Abtastvorrichtung ist weiter dadurch gekennzeichnet, daß das strahlungsempfindliche Detektorsystem zum Detektieren einer Anzahl von Punkten auf der Oberfläche eingerichtet ist, und diese Punkte verfolgen beim Abtasten nebeneinanderliegende parallele Bahnen. Hierdurch wird die Oberfläche gleichzeitig längs mehreren Linien und also schneller abgetastet.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
• Fig. 1a und 1b schematisch das optische System einer erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung,
• Fig. 2a und 2b die Seiten- und Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung, bei der der Strahlungsweg ausgefaltet ist,
• Fig. 3a und 3b eine Vorder- und eine Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung,
• Fig. 4 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels, in der elliptische Spiegel verwendet sind, und
• Fig. 5 die Verwendung eines Korrektursystems zusammen mit den elliptischen Spiegeln.
• In Fig. 1a und 1b ist schematisch die erfindungsgemaße Abtastvorrichtung dargestellt. Hier ist in Fig. 1a eine Seitenansicht dargestellt, bei der die Abtastrichtung senkrecht zur Zeichenebene verläuft, und in Fig. 1b eine Vorderansicht mit der Abtastrichtung in der Ebene der Zeichnung und mit dem Doppelpfeil 31 bezeichnet.
• Ein Teil der Oberfläche 10 wird mit Hilfe eines optischen Systems, das aus zwei Zylinderlinsen 41 und 42 und einem Objektivsystem 43 besteht, nahe bei einem Detektorsystem 20 mit einer Detektionsebene 21 abgebildet. Die Zylinderlinsen sind dabei so angeordnet, daß in der Richtung quer zur Abtastrichtung die von der ersten Zylinderlinse gebildete Abbildung der Nennposition der abzutastenden Oberfläche mit der von der zweiten Zylinderlinse 42 gebildeten Abbildung der Detektorfläche 21 nahezu zusammenfällt. An der Stelle dieser Abbildungen ist die Abbildungslinse 43 angeordnet. Die Abbildungslinse 43 reduziert Abbildungsfehler, die sonst in den Abbildungen von Punkten um den Schnittpunkt der optischen Achse mit der Nennposition der abzutastenden Oberfläche bestehen würde. In dieser Ausführungsform des optischen Systems enthält das optische System in der Richtung quer zur Abtastrichtung eine große numerische Apertur und also eine verhältnismäßig große Auflösung und einen größeren Lichtertrag. Dabei ist es möglich, das Detektorsystem und die abzutastende Oberfläche verhältnismäßig weit auseinander zu bringen, so daß Raum für das Ablenksystem 30 entsteht, mit dem die Oberfläche 10 entlang einer Linie abgetastet wird. Ebenfalls ist es dabei möglich, das Detektorsystem 20 als Höhenmessungssystem auszuführen, so daß das Relief der Oberfläche 10 meßbar ist. Das Ablenksystem 30 ist beispielsweise ein Spiegel, der sich um eine Achse dreht, wie z.B. ein Galvanometerspiegel oder ein rotierendes Polygon oder auch ein akustooptisches Element.
• Das Abbildungssystem 43 bildet gleichfalls eine Abbildung des abgetasteten Gebiets in der Abtastrichtung. Die Kombination der Zylinderlinsen 41 und 42 mit dem Abbildungssystem 43 macht eine abtastende Retroabbildung praktisch verwirkiichbar. Das lichtstarke reelle Bild, das sich im Bereich des Detektorsystems 20 bildet, kann mit Hilfe eines Triangulationsverfahrens oder einer anderen Höhenmeßmethode wahrgenommen werden, so daß nicht nur die Reflexionsunterschiede, sondern auch die Höhenunterschiede der Oberfläche 10 detektiert werden. Die Abbildungsiinse 43 kann anamorphotisch sein, so daß die Starke sowohl in der Abtastrichtung als auch in der Richtung quer dazu optimiert ist.
• In Fig. 2a und 2b ist ein praktisches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Ablenksystem ein rotierender Polygonspiegel 31, der zwischen dem Objektivsystem oder der Abbildungslinse 43 und der ersten Zylinderlinse 41 angebracht ist. Die Anordnung des Ablenksystems zwischen diesen beiden Linsen bedeutet, daß unabhängig vom Stand des Ablenksystems die Strahlungsbündel das Objektivsystem 43 immer in derselben Richtung durchqueren und das System also nicht für Strahlungsbündel in mehreren Richtungen entwickelt zu werden braucht.
• Damit in diesem Fall der optische Abstand des Objektivsystems 43 zur Oberfläche 10 konstant bleibt, ist die Abtastvorrichtung ebenfalls mit einem Korrekturspiegelpaar 51 und 52 versehen. Diese Korrekturspiegel verlängern den Strahlungsweg zwischen dem Objektivsystem und der Oberfläche derart, daß die Länge des Strahlungswegs vom Stand des Polygonspiegels 31 unabhängig ist. Außerdem hat das Korrektursystem keine nettooptische Stärke, so daß die Brennweite des optischen Systems gleich bleibt. Weiter ermöglicht das Korrektursystem das telezentrische Abtasten der Obefläche 10, so daß Schatteneffekte durch ein schräges Strahlungsbündel möglichst vermieden werden. Vorzugsweise ist das Korrektursystem aus einem ersten Konvexspiegel 51 mit einer hyperbolzylindrischen Form und einem zweiten Konkavspiegel 52 mit einer parabolzylindrischen Form aufgebaut. Bei einer geringen Abtastbreite kann die Verwendung von Kreiszylindern die am meisten gewünschte Form ausreichend annähern. Das Korrektursystem ist in der bereits erwähnten Patentschrift EP-A-0 351 011 beschrieben, auf die für nähere Einzelheiten verwiesen wird.
• In der dargestellten Ausführungsform kann die Oberfläche mit einer Lichtquelle, beispielsweise mit einer in der Nähe der abzutastenden Linie angeordneten Lampe, gleichmäßig angestrahlt werden. Bei einer derartigen Beleuchtung wird ein großer Teil der Oberfläche auf dem Detektorsystem abgebildet. Um dennoch eine gute Wiedergabe der Oberfläche zu erhalten, ist es erforderlich, ein Detektorsystem zu verwenden, daß aus einem oder einer Anzahl kleiner Detektoren besteht.
• Die Höhe eines Punktes auf der Oberfläche kann durch Anstrahlen der Oberfläche mit einem sehr kleinen Strahlungslieck gemessen werden. Im Prinzip kann dieser Strahlungsfleck mit einem getrennten optischen System auf der Oberfläche projiziert werden. Dies macht jedoch ein kompliziertes Regelsystem für die Synchronisation der Bewegung des Strahlungsflecks mit dem Abtasten durch die Abtastvorrichtung erforderlich. Ein derartiges Regelsystem ist nicht erforderlich, wenn das optische System, mit dem die Oberflache 10 auf dem Detektorsystem 20 abgebildet wird, auch zum Anstrahlen der Oberfläche verwendet wird. Das Ablenksystem 30 oder 31 dient dabei gleichzeitig zum Anstrahlen eines Punktes auf der Oberfläche und zum Wählen des um den belichteten Punkt herum liegenden Gebiets.
• Die Anordnung nach Fig. 2a und 2b enthält eine Lichtquelleneinheit 60, beispielsweise einen Laser. Die Lichtquelleneinheit ist nach Bedarf mit einem optischen System versehen, so daß ein Strahlungspunkt in der imaginären Detektorebene 21 gebildet wird. Dieser Strahlungspunkt wird dabei über das optische System auf der Oberfläche 10 abgebildet, das aus den Elementen 42, 43, 52, 51 und 41 besteht. In einer anderen Ausführungsform kann das einfallende Strahlungsbündel auch mit einem Spiegel an der Position 69 seitlich eingekoppelt werden.
• Die von der Oberfläche zurückgeworfene Strahlung wird in umgekehrter Richtung wieder der Detektorebene 21 zugeleitet und dort beispielsweise über die Objektive 22 und 23 auf den positionsempfindlichen Strahlungsdetektoren 24 und 25 projiziert. Diese positionsempfindlichen Strahlungsdetektoren liefern ein Ausgangssignal, das nicht nur die Stärke der einfallenden Strahlung wiedergibt, sondern auch die Position des Strahlungsflecks auf der strahlungsempfindlichen Oberfläche. Ein derartiger Detektor besteht beispielsweise aus einer Anzähl einzelner Elemente oder enthält eine positionsempfindliche Photodiode (PSD). Da die Hauptachsen der Linsen 22 und 23 einen Winkel mit der Hauptachse der Zylinderlinse 42 und also mit der Hauptachse des optischen Systems einschließen, wird eine Dreieckmessung durch Messung der Position ausgeführt, an der Strahlung auf die Detektoren 24 und 25 einfällt. Hierdurch ist die räumliche Position der Abbildung des angestrahlten Teils der Oberfläche und also auch die Höhe jener Teil der Oberfläche bestimmbar. Die Vielzahl von Messungen, die beim Abtasten der Linie durchgeführt wird, liefert ein Höhenprofil der Oberfläche entlang dieser Linie.
• In Fig. 2a und 2b sind zwei Objektive 22 und 23 und zwei Detektoren 24 und 25 dargestellt. In bezug auf ein einziges Objektivsystem mit einem Detektor bietet dies eine genauere Messung und ist der Einfluß von Schattenwirkung bei steilen Höhenunterschieden geringer.
• Die Lichtquelleneinheit 60 kan derart ausgeführt sein, daß nicht nur ein einziger Punkt auf der Oberfläche 10, sondern auch eine Anzahl nebeneinander liegender Punkte angestrahlt wird. Diese Punkte können in bezug aufeinander in der Richtung quer zur Abtastrichtung verschoben sein, so daß das Abtasten einer Oberfläche bedeutend schneller abläuft als mit einem einzigen angestrahlten Punkt. Selbstverständlich soll das Detektorsystem an die Detektion der größeren Anzahl angestrahlter Punkte angepaßt sein. Auch kann ein größerer Teil der Oberfläche angestrahlt und eine Anzahl kleiner Detektoren verwendet werden, so daß mehr Punkte nebeneinander detektiert werden.
• Ein Hinweis auf die Höhe von (Teilen) der Oberfläche kann gegebenenfalls auch mit einem konfokalen Detektorverfahren erhalten werden. Hier werden eine punktförmige Lichtquelle und ein punktförmiger Detektor beide am selben Punkt abgebildet, der auf einer Nennposition auf oder nahe bei der abzutastenden Oberfläche liegt.
• Auch andere bestehende Höhenmeßgrundsätze sind verwendbar, wie interferometrische, Foucault- und astigmatische Verfahren. Die große numerische Apertur der Abtastvorrichtung macht dies möglich.
• In Fig. 3a und 3b ist der Aufbau einer erfindungsgemäßen Abtastvorrichtung anhand einer Ausführung zum Abtasten von Leiterplatten dargestellt.
• Die Strahlungsquelleneinheit enthält einen Laser 61, der ein kollimiertes Laserbündel 62 erzeugt. Dieses wird möglicherweise von einem elektrooptischen Modulator 63 zum Angleichen der Lichtstärke an den benutzten Detektor geführt. Das Laserbündel 62 fällt auf eine Linse 65 ein, die das Bündel in einem Brennpunkt 66 in der imaginären Ebene 21 fokussiert. Das Laserbündel durchquert dabei die zweite Zylinderlinse 42, wird in den Faltungsspiegeln 45 und 46 reflektiert, durchquert die Abbildungslinse oder das aus den Linsen 43a und 43b bestehende System und wird über den rotierenden Polygonspiegel 32 in der Richtung der abzutastenden Oberfläche 10 abgelenkt. Zwischen dem Polygon 32 und der abzutastenden Oberfläche 10 sind die Korrekturspiegel 51 und 52 angeordnet. Schließlich bildet das Laserbündel einen Abtastfleck 20 auf der Oberfläche 10, der durch die Drehung des Polygonspiegels 32 sich über die Oberfläche in der Richtung des Pfeiles 31 bewegt. Die an der Oberfläche zurückgeworfene Strahlung durchquert das optische System in umgekehrter Richtung und formt ein Bild auf oder nahe bei der imaginären Ebene 21. Dieses Bild wird mit dem Detektorsystem wahrgenommen, das aus den Linsen 22 und 23 und den Detektoren 24 und 25 besteht.
• Wie in Fig. 3b angegeben ist, wird die ganze Oberfläche 10 durch Verschieben der Leiterplatte in der Richtung des Pfeiles 11 quer zur Abtastrichtung abgetastet.
• Statt der Zylinderlinsen 41 und 42 oder in Ergänzung dieser Linsen können auch zylindrische Spiegel verwendet werden. Dies ist in Fig. 4 veranschaulicht. Diese Figur ist der Fig. 2a vergleichbar. In Fig. 4 sind neben den Zylinderlinsen 41 und 42 zylindrische Spiegel 141a, 141b, 142a und 142b angeordnet. Die Spiegelflächen der Spiegel 141a und 141b nahe bei der abzutastenden Oberfläche bilden Teile einer Ellipse, von der ein Brennpunkt FO auf dem Schnittpunkt der optischen Achse des Systems mit der Nennposition der abzutastenden Fläche und der zweite Brennpunkt Ff in der Mitte der Abbildungslinse 43 liegen. Das zweite zylindrische Spiegelsystem 142a und 142b hat ebenfalls eine Ellipsform, von der ein Brennpunkt Ff mit der Mitte der Abbildungslinse zusammenfällt und der andere Brennpunkt Fd in der Detektorebene 21 liegt.
• Die zylindrischen Spiegel 141a und 141b machen es möglich, die von der Oberfläche 10 herrührende Strahlung unter einen stumpfen Winkel einzufangen. Hierdurch ist die Auflösung der Abtastvorrichtung im Vergleich zu einer Abtastrichtung mit einer Zylinderlinse 41 allein verbessert. Zum Verwenden dieser besseren Auflösung ist das Detektorsystem außerdem mit zusätzlichen positionsempfindlichen Detektoren 124 und 125 und vor ihnen angeordneten Objektivlinsen 122 und 123 ausgeführt. In den Figuren sind außerdem die Strahlungswege für von der Oberfläche herrührende Strahlung angegeben, die über die Zylinderlinse 41 oder über die zylindrischen Spiegel 141a und 141b eingefangen wird. Für Strahlung aus der abzutastenden Oberfläche, wenn sie sich an der Nennstellung belindet, ist ebenfalls ein Strahlungsweg (punktiert) angegeben. Derartige elliptische Spiegel können beispielsweise mit einer Fräsbank mit einem rotierenden Meiße, hergestellt werden, wobei die Achse, um die sich der Meißel dreht, einen Winkel mit der Verschiebungsrichtung des Werkstücks einschließt.
• In Fig. 5 wird die Stelle der Korrekturspiegel 51 und 52 bei der Verwendung zylindrischer Spiegel 141a und 141b zum Einfangen des Lichts dargestellt. Die Spiegel 51 und 52 sind etwas breiter als in einer Abtastvorrichtung, in der nur eine Zylinderlinse 41 vorhanden ist. Nach dem Lesen der obigen Beschreibung kann eine nähere Erläuterung der Elemente und ihrer Aufgaben in dieser Figur unterbleiben.
• Die erfindungsgemäße Abtastvorrichtung findet nicht nur ihre Anwendung bei der Prüfung von (dreidimensionalen) Gegenständen, sondern kann auch beim Anstrahlen von Oberflächen mit einem Muster verwendet werden, beispielsweise bei der Herstellung von Leiterplatten und anderen Mustern, die mittels einer lichtempfindlichen Schicht hergestellt werden.

Claims (12)

1. Abtastvorrichtung zum Abtasten einer Oberfläche (10) mit optischer Strahlung entlang einer Linie, wobei die Vorrichtung ein strahlungsempfindliches Detektorsystem (20) zum Detektieren von der Oberfläche (10) herrührender Strahlung enthält, und weiter ein optisches System zum Abbilden eines Gebiets der Oberfläche (10) auf dem strahlungsempfindlichen Detektorsystem (20), und ein Ablenksystem (30) zum Selektieren des Gebiets der abzutastenden Oberfläche (10) enthält, wobei das optische System ein erstes und ein zweites zylindrisches Untersystem (41, 42, 141a, 141b, 142a, 142b) enthält, wobei das erste zylindrische Untersystem (41, 141a, 141b) nahe bei und parallel zu der abzutastenden Linie und das zweite zylindrische Untersystem (41, 142a, 142b) nahe beim Detektorsystem (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablenksystem (30) im Strahlungsweg zwischen dem ersten (41) und dem zweiten (42) zylindrischen Untersystem angeordnet ist und das optische System ebenfalls eine Abbildungslinse (43) enthält, die derart angeordnet ist, daß quer zur Abtastrichtung die Oberfläche (10) in der Abbildungslinse (43) vom ersten zylindrischen Untersystem (41, 141a, 141b) und die Abbildungslinse (43) vom zweiten zylindrischen Untersystem (42, 142a, 142b) auf dem Detektorsystem (20) abgebildet werden.

2. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zylindrisches Untersystem einen zylindrischen Hohlspiegel (141a, 141b, 142a, 142b) enthält.

3. Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Spiegel (141a, 141b, 142a, 142b) eine Ellipsform hat.

4. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten zylindrischen Untersysteme Zylinderlinsen (41, 42) mit einer von einer Kreisform abweichenden Brechungsfläche (asphärische Zylinderlinse) enthalten.

5. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungslinse (43) im Strahlungsweg zwischen dem Ablenksystem (30) und dem zweiten zylindrischen Untersystem (42; 142a, 142b) angeordnet ist.

6. Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System gleichfalls ein Korrektursystem (51, 52) im Strahlungsweg zwischen dem ersten zylindrischen Untersystem (41; 141a, 141b) und dem Ablenksystem (30) enthält, wodurch der optische Abstand des abzutastenden Gebiets zum strahlungsempfindlichen Detektorsystem (20) nahezu unabhängig vom Stand des Ablenksystems (30) ist.

7. Abtastvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursystem (51, 52) aus wenigstens zwei im Strahlungsweg hintereinander angeordneten gebogenen Spiegeln zusammengesetzt ist.

8. Abtastvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungslinse (43) eine anamorphotische Linse ist.

9. Abtastvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansrpüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten (41; 141a, 141b) und zweiten (42; 142a, 142b) zylindrischen Untersysteme in bezug auf die Abbildungslinse (43) symmetrisch angeordnet sind.

10. Abtastvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlungsempfindliche Detektorsystem wenigstens einen strahlungsempfindlichen Detektor (22, 23, 122, 123) mit einem vor ihm angeordneten Linsensystem enthält, wobei die Hauptachse des Linsensystems einen Winkel mit der Hauptachse des zweiten zylindrischen Untersystems (42; 142a, 142b) einschließt.

11. Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 oder 10, wobei die Vorrichtung ebenfalls eine Strahlungsquelleneinheit zum Erzeugen eines Strahlungsbündels enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das optische System ganz oder teilweise zum Fokussieren des erzeugten Strahlungsbündels auf der Oberfläche (10) dient, und daß das Ablenksystem (30) gleichfalls zum Bewegen eines so gebildeten Strahlungsflecks über die abzutastende Linie dient.

12. Abtastvorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das strahlungsempfindliche Detektorsystem (20) zum Detektieren einer Anzahl von Punkten auf der Oberfläche ausgelegt ist, die beim Abtasten nebeneinander liegende parallele Bahnen verfolgen.