FI104297B - Skannauslaite pinnan skannaamiseksi optisesti viivaa pitkin - Google Patents

Description

104297

Skannauslaite pinnan skannaamiseksi optisesti viivaa pitkin

Keksintö koskee skannauslaitetta, jolla pintaa 5 skannataan optisesti viivaa pitkin, joka laite sisältää säteilyherkän tunnistusjärjestelmän säteilyn tunnistamiseksi, joka on peräisin pinnalta, ja edelleen optista järjestelmää, jolla pinnan alue kuvataan säteilyherkällä tun-nistusjärjestelmällä, ja poikkeutusjärjestelmää, jolla 10 mainittu alue valitaan skannattavalta pinnalta, mainitun optisen järjestelmän sisältäessä ensimmäisen ja toisen sylinterimäisen alijärjestelmän, ensimmäisen sylinterimäi-sen alijärjestelmän ollessa järjestetty skannattavan viivan lähelle ja sen suhteen rinnakkaisesti, ja toisen sy-15 linterimäisen alijärjestelmän ollessa järjestetty tunnistusjärjestelmän lähelle. Tämän tyyppistä laitetta käytetään kohteen pinnan tutkimiseen, esimerkiksi lukemaan merkkejä, jotka esiintyvät tässä kohteessa. Sellaista laitetta käytetään myös tuotteiden, sellaisten kuin elektro-20 ninen piiri, tutkimiseen, jotta voitaisiin tarkistaa, ovatko tähän piiriin järjestetyt komponentit mukana niiden oikeilla paikoilla.

Aloituskappaleessa kuvatun tyyppinen laite tunnetaan US-patentista 3 787 107. Tämä patentti kuvaa lait-·, 25 teen, jolla kohteen, joka sijaitsee kuljetushihnalla, pin taa skannataan informaation, joka on merkkien, sellaisten kuin kohteessa olevat kirjaimet, muodossa, lukemiseksi. Pinnan viivaa skannataan valopisteellä käyttämällä lasersädettä ja poikkeutusjärjestelmää, joka on muodoltaan pyö-30 rivä monikulmainen peili. Valopisteen läsnäolo valitsee viivan alueet. Pinnalta heijastunut säteily heijastetaan tämän jälkeen valosähköiselle muuntimelle kahden sylinterimäisen järjestelmän kautta, jotka ovat sylinterimäisten linssien muodossa. Valosähköisen muuntimen, tai säteily-35 herkän tunnistusjärjestelmän, lähtösignaali on pinnan hei- 2 104297 jastuskertoimen mitta ja ilmaisee siten merkin esiintymisen tai puuttumisen.

Tämä tunnettu laite mittaa pinnan alueen, jota valaistaan säteilykeilalla, säteilyn määrää, ja sen vuoksi 5 heijastuskerrointa. Tämä tunnettu laite ei kuitenkaan sovellu muiden mittausten suorittamiseen, varsinkaan pinnan kohokuvion määrittämiseen mittaamalla profiilia skannat-tavaa viivaa pitkin. Sellainen profiilin mittaus on erityisen edullinen tarkastettaessa tuotteita, joilla on 10 vaihtelevan korkuinen pinta, sellaisia kuin esimerkiksi elektroninen piiri, jonka komponentit tulee asettaa kiinteisiin parkoihin tasaisella tukipinnalle, tai merkkejä, jotka erottuvat taustastaan korkeudeltaan mutta eivät väriltään.

15 Yksi keksinnön tavoitteista on esittää laite, jolla voidaan suorittaa kolmidimensionaalinen tarkastus optisen prosessin avulla. Tätä tarkoitusta varten keksinnön mukaiselle laitteelle on ominaista, että poikkeutusjärjestelmä on järjestetty säteilyn reitille ensimmäisen ja toisen 20 sylinterimäisen alijärjestelmän väliin, ja että järjestelmä sisältää myös kuvauslinssin, joka on järjestetty sillä tavoin, että katsottaessa skannaussuunnan suhteen poikit-taissuunnassa, kuvauslinssi kuvaa pintaa ensimmäisellä sylinterimäisellä alijärjestelmällä ja kuvauslinssiä kuva-·. 25 taan tunnistusjärjestelmässä toisella sylinterimäisellä alijärjestelmällä. Jos kuvauslinssit olisivat poissa, nimellisen pinnan leikkauspiste optisen järjestelmän optisen akselin kanssa kuvattaisiin oikein tunnistusjärjestelmässä katsottuna poikittaisen skannaussuunnan suhteen. Toisessa 30 kuvauksessa ei muodostu mitään kuvaa. Muut kohdat optisen akselin tasossa, mutta sitä vastapäätä, tai toisella syvyydellä, kuvattaisiin huomattavin poikkeamin. Kuvauslinssin ollessa mukana kuva muodostetaan ensi sijassa skan-naussuuntaan katsottuna. Skannaussuuntaa vasten kohtisuo-35 raan suuntaan katsottuna kuvauslinssi toimii kenttälinssi- 3 104297 nä, joka korjaa poikkeamat tason suhteen, kuin myös sy-vyysmuunnoksen, jotta pinnan osa nimellisen skannauspis-teen ympärillä näytetään spatiaalisesti tunnistusjärjestelmässä, jossa näytössä esiintyy vain vähän poikkeamaa.

5 Kenttää myös suurennetaan merkittävästi ja sironta este tään. Varsinaisesti kuvattava pinnan osa määrätään poik-keutusjärjestelmän paikalla tai asetuksella.

On havaittu, että pintaa kuvaavalla kuvauslinssillä tunnistusjärjestelmässä on suotuisampi vaikutus vääristy-10 mien vähentämiseen kuin todellisen kentän linssillä, joka kuvaa kahta sylinterimäistä alijärjestelmää tarkasti päällekkäin.

Kuvauslinssi voi olla yksittäinen linssi, mutta se voi vaihtoehtoisesti olla järjestelmä, joka muodostuu 15 useista linssielementeistä.

Ensimmäisen sylinterimäisen linssin mukanaololla on lisäetuna, että poikkeutusjärjestelmän epätäydellisyydestä johtuvat poikkeamat halutusta skannausviivasta vähenevät hyvin suuressa määrin.

20 Sylinterimäiset alijärjestelmät sisältävät esimer kiksi sylinterimäisiä linssejä. Kiinnostavalle toteutukselle on ominaista, että ainakin yksi sylinterimäinen alijärjestelmä sisältää onton sylinterimäisen peilin. Heijastava järjestelmä voidaan toteuttaa numeerisella aukolla, *. 25 joka on merkittävästi suurempi kuin linssin numeerinen aukko. Tämä antaa mahdollisuuden vastaanottaa säteilyä, joka on peräisin pinnalta ja lähtee kulmassa, joka on enemmän kuin 45° pinnan normaalin suhteen.

Tälle toteutukselle on edullisesti ominaista, että 30 sylinterimäinen peili on muodoltaan elliptinen. Hyvä kuva saadaan valitsemalla ellipsille yksi polttopiste, joka sijaitsee pinnan nimellisessä kohdassa, ja toinen polttopiste on sijoitettu kuvauslinssiin. Elliptinen sylinterimäinen peili voidaan edelleen valmistaa suhteellisen hel-35 posti jyrsinkoneella.

104297 4

Sylinterimäisiä linssejä käytettäessä skannauslait-teelle on ominaista, että ensimmäinen ja toinen sylinteri-mäinen alijärjestelmä sisältävät sylinterimäiset linssit, joissa on taittava pinta, joka poikkeaa pyöreästä muodosta 5 (kovera sylinterimäinen linssi). Näillä linsseillä järjestelmän akselilla sijaitsevat pisteet voidaan kuvata oleellisesti ilman kuvausvirheitä. Vääristymät pisteiden, jotka eivät sijaitse akselilla, kuvissa vähenevät kuvauslinssin avulla.

10 Keksinnön mukaiselle laitteelle on edelleen omi naista, että kuvauslinssi on järjestetty säteilyn reitille poikkeutusjärjestelmän ja toisen sylinterimäisen alijärjestelmän väliin. Tämän seurauksena säteilykeilan, joka on poikittainen kuvauslinssin suhteen, suunta on riippumaton 15 poikkeutusjärjestelmän paikasta. Linssi ja optinen valon reitti ovat sen vuoksi yksinkertaisemmat.

Pinnan leveys, jota voidaan skannata, on rajoitettu koska optinen reitti skannattavan viivan eri pisteiden ja tunnistusjärjestelmän välillä ei saa poiketa ollenkaan tai 20 saa poiketa korkeintaan pienessä määrin. Tämä tarkoittaa, että poikkeutusjärjestelmän tulee olla etäällä pinnasta ja että mainitun leveyden tulee olla merkittävästi pienempi kuin kuvauslinssin polttoväli. Tämän haitan estämiseksi keksinnön mukaiselle skannauslaitteelle on ominaista, että ·. 25 optinen järjestelmä sisältää myös korjausjärjestelmän, joka on järjestetty säteilyreitille ensimmäisen sylinterimäisen alijärjestelmän ja poikkeutusjärjestelmän väliin siten, että optinen etäisyys skannattavan alueen ja sätei-lyherkän tunnistusjärjestelmän välillä on oleellisesti 30 riippumaton poikkeutusjärjestelmän säädöstä. Keksinnön mukaiselle skannauslaitteelle on edelleen edullisesti omi-naista, että korjausjärjestelmä muodostuu ainakin kahdesta kaarevasta peilistä, jotka on järjestetty peräkkäin säteilyreitille. Sellaisen järjestelmän avulla, jossa yksi pei-35 li on muodoltaan kupera, edullisesti hyperbolinen, ja toi- 104297 5 nen linssi on kovera, edullisesti muodoltaan parabolinen, pinta voidaan skannata telesentrisesti, samalla kun skan-naussäteen pääakseli lähtee aina samassa kulmassa, esimerkiksi kohtisuorasta skannattavan pinnan suhteen. Sellainen 5 korjausjärjestelmä on kuvattu EP-patenttihakemuksessa 0 351 Oli, joka kuuluu tekniikan tasoon EPC-artikkelin 54(3) mukaan. Tässä patenttihakemuksessa kuvattu skannaus-laite ei kuitenkaan sisällä ensimmäistä ja toista sylinte-rimäistä alijärjestelmää, kuten esillä olevan patenttiha-10 kemuksen mukainen skannauslaite. Esillä olevan keksinnön mukaisia vaikutuksia ja etuja, sellaiset kuin spatiaalisen kuvan muodostus ja suuri numeerinen aukko ja sen vuoksi huomattava säteilyn vastaanotto suunnassa, joka on poikittainen skannaussuunnan suhteen jotta korkeuden mittaus on 15 mahdollista, ei kuvata mainitussa patenttihakemuksessa.

Mainitussa patenttihakemuksessa kuvattu korjausjärjestelmä antaa mahdollisuuden skannata pintaa telesentrisesti le-veältä alueelta ja suurella tarkkuudella.

Keksinnön mukaiselle skannauslaitteelle voi edel-20 leen olla ominaista, että kuvauslinssi on anamorfinen linssi. Kuvauslinssin muodostava linssijärjestelmä toteuttaa kaksi tehtävää. Kuten edellä olevassa kuvattiin, ku-vauslinssiä käytetään korjaamaan sylinterimäisten järjestelmien kuvausvirheitä suunnassa, joka on kohtisuorassa 25 skannaussuunnan suhteen, ja kentän suurentamiseksi. Edelleen tämä linssijärjestelmä muodostaa skannattavasta pinnasta kuvan tunnistusjärjestelmään skannaussuunnassa, jossa suunnassa sylinterimäisillä järjestelmillä ei ole mitään tehoa. Kun käytetään anamorfista linssiä, nämä kaksi 30 tehtävää optimoituvat toisistaan riippumatta.

Keksinnön mukaiselle suositellulle skannauslaitteen toteutukselle on edelleen ominaista, että ensimmäinen ja toinen sylinterimäinen alijärjestelmä on järjestetty symmetrisesti kuvauslinssin suhteen. Symmetrisessä järjestel-35 mässä toinen sylinterimäinen alijärjestelmä kompensoi ku- 104297 6 vavirheitä, joita ensimmäinen sylinterimäinen alijärjestelmä aiheuttaa. Lisäetuna on, että vaaditaan vain yksi sylinterimäisen linssin tai sylinterimäisen peilin muoto.

On havaittu, että sellaisella rakenteella voidaan saavut-5 taa laadullisesti hyvä kuva.

Keksinnön mukaiselle skannauslaitteen toteutukselle on edelleen ominaista, että säteilyherkkä tunnistusjärjes-telmä sisältää ainakin yhden säteilyherkän tunnistimen, jota linssijärjestelmä edeltää, mainitun linssijärjestel-10 män pääakselin ollessa kulmassa toisen sylinterimäisen alijärjestelmän pääakselin kanssa. Koska optinen järjestelmä tuottaa todellisen spatiaalisen kuvan pinnasta, ja sylinterimäisellä linssillä tai sylinterimäisellä peilillä on suhteellisen suuri numeerinen aukko suunnassa, joka on 15 poikittainen skannaussuunnan suhteen, tunnistusjärjestelmä voidaan toteuttaa sillä tavoin, että käytetään kolmioin-timenetelmää, jolla saadaan informaatiota valitun alueen korkeudesta. Kaksoiskolmiointimenetelmä on edullisempi, koska se on vähemmän herkkä varjoille ja koska se tuottaa 20 tarkemman informaation.

Keksinnön mukaisen laitteen suositellulle toteutukselle on ominaista, että optista järjestelmää käytetään kokonaan tai osittain tuotetun säteilykeilan kohdistamiseen pinnalle, ja että poikkeutusjärjestelmää käytetään :* 25 myös aiheuttamaan siten muodostetun säteilypisteen liik kuminen pitkin skannattavaa viivaa. Skannattava alue voidaan valita tarkasti valottamalla aluetta pienen säteily-pisteen avulla, joka liikku pitkin skannattavaa pintaa. Optinen järjestelmä, joka on jo mukana skannauslaitteessa, 30 on selvästi soveltuva sellaisen pienen säteilypisteen muo dostamiseen pinnalle. Muut edut optisen järjestelmän käytöstä tässä tapauksessa ovat, että tuleva säteilykeila on tuleva samassa suunnassa, esimerkiksi kohtisuorasti pintaa vastaan, kuin suunta jossa pinnalta lähtevä säteily vas-35 taanotetaan, joten varjoilmiö tuskin tulee esittämään mi- 104297 7 tään osaa. Tuleva säteilykeila voi kulkea läpi koko optisen järjestelmän, tai vain poikkeutusjärjestelmän ja pinnan välillä olevan osan. Jälkimmäisessä tapauksessa säteilykeila on kytketty esimerkiksi peilin kautta.

5 Keksinnön mukaisen skannauslaitteen toteutukselle voi edelleen olla ominaista, että säteilyherkkä järjestelmä on sovitettu havaitsemaan useita kohtia pinnalla, jotka kohdat seuraavat rinnakkain asetettuja rinnakkaisia reittejä skannauksen aikana. Pintaa skannataan sen vuoksi sa-10 manaikaisesti useita viivoja pitkin, ja sitä skannataan sen vuoksi nopeammin.

Nämä ja muut yksityiskohtaisemmat keksinnön näkökohdat tullaan kuvaamaan ja selittämään tarkemmin viitaten seuraaviin toteutuksiin ja kuvaukseen.

15 Piirroksissa esitetään useita toteutuksia.

Kuviot la ja Ib esittävät kaaviomaisesti keksinnön mukaisen skannauslaitteen optista järjestelmää,

Kuviot 2a ja 2b ovat sivu- ja etupoikkileikkauksia keksinnön mukaisesta skannauslaitteesta, jossa säteily-20 reitti on laskostettu,

Kuviot 3a ja 3b ovat etu ja sivupoikkileikkauksia keksinnön mukaisen skannauslaitteen toteutuksesta,

Kuvio 4 on sivupoikkileikkaus toteutuksesta, jossa käytetään elliptisiä peilejä, ja ·' 25 Kuviossa 5 esitetään korjausjärjestelmän käyttö yhdessä elliptisten peilien kanssa.

Kuviot la ja Ib esittävät kaaviomaisesti keksinnön mukaisen skannauslaitteen. Kuvio la on sivupoikkileikkaus, jossa skannaussuunta on kohtisuorassa piirroksen tasoa 30 vasten ja kuvio Ib on etupoikkileikkaus, jossa skannaussuunta on esitetty piirroksen tasossa ja se on osoitettu kaksipäisellä nuolella 31.

Osa pinnasta 10 kuvataan läheltä tunnistusjärjestelmää 20, jossa on tunnistustaso 21, optisen järjestelmän 35 avulla, joka sisältää kaksi sylinterimäistä linssiä 41 ja 104297 8 42 ja objektiivijärjestelmän 43. Sylinterimäiset linssit on järjestetty sillä tavoin, että skannaussuuntaa vasten poikittaisessa suunnassa skannattavan pinnan nimellisestä pisteestä ensimmäisellä sylinterimäisellä linssillä muo-5 dostettu kuva sattuu yhteen toisella sylinterimäisellä linssillä 42 muodostetun tunnistustason 21 kuvan kanssa. Kuvauslinssi 43 on järjestetty näiden kuvien kohdalle. Kuvauslinssi 43 vähentää kuvausvirheitä, jotka muuten esiintyisivät pisteiden kuvissa optisen akselin ja skan-10 nattavan pinnan nimellisen kohdan poikkileikkauspisteen ympärillä. Tästä optisen järjestelmän toteutuksesta johtuen optisella järjestelmällä on suuri nunmeerinen aukko skannaussuuntaa vasten kohtisuorassa suunnassa, ja sen vuoksi suhteellisen suuri erotuskyky ja suuri valonantoky-15 ky. Tässä tapauksessa on mahdollista sijoittaa tunnistus-järjestelmä ja skannattava pinta suhteellisen etäälle toisistaan, jolloin muodostuu tilaa poikkeutusjärjestelmälle 30, jolla pintaa 10 skannataan viivaa pitkin. Se myös antaa mahdollisuuden tunnistusjärjestelmän 20 toteuttamisek-20 si korkeudenmittausjärjestelmänä siten, että pinnan 10 kohokuvio voidaan mitata. Poikkeutusjärjestelmä 30 on esimerkiksi peili, joka pyörii akselin ympäri, sellainen kuin galvanometrin peili tai pyörivä monikulmio, tai akusto-optinen elementti.

.· 25 Kuvausjärjestelmä 43 muodostaa myös kuvan skannat- tavasta alueesta skannaussuunnassa. Sylinterimäisten linssien 41 ja 42 ja kuvausjärjestelmän 43 yhdistelmä tekee skannattavan tarkkailukuvan toteuttamiskelpoiseksi käytännössä. Valoisuudeltaan voimakasta todellista kuvaa, joka 30 muodostuu tunnistusjärjestelmän 20 kohdalle, voidaan tarkkailla kolmiointimenetelmän avulla tai toisella korkeuden-mittausmenetelmällä, jolloin ei tunnisteta pelkästään hei-jastuseroja vaan myös kerkeuseroja pinnalla 10. Kuvaus-linssi 43 voi olla anamorfinen, jotta teho optimoituu sekä 104297 9 skannaussuunnassa että sitä vastaan kohtisuorassa suunnassa.

Kuvioissa 2a ja 2b esitetään keksinnön mukaisen skannauslaitteen käytännön toteutukset. Tässä toteutukses-5 sa poikkeutusjärjestelmä on pyörivä monikulmainen peili 31, joka on järjestetty objektiivijärjestelmän, tai ku-vauslinssin 43, ja ensimmäisen sylinterimäisen linssin väliin. Poikkeutusjärjestelmän sijainti näiden kahden linssin välissä tarkoittaa, että riippumatta poikkeutus-10 järjestelmän säädöstä, säteilykeilat aina kulkevat objektiivi järjestelmän 43 läpi samassa suunnassa, jolloin järjestelmää ei tarvitse suunnitella eri suunnissa oleville säteilykeiloille.

Jotta optinen etäisyys objektiivijärjestelmän 43 ja 15 pinnan 10 välillä säilyy aina vakiona tuossa tapauksessa, skannauslaite sisältää myös parin korjauspeilejä 51 ja 52. Nämä korjauspeilit laajentavat säteilyn reittiä objektiivi järjestelmän ja pinnan välillä siten, että säteilyreitin pituus on riippumaton monikulmiopeilin 31 paikasta. Edel-20 leen korjausjärjestelmällä ei ole mitään optista nettote-hoa, joten optisen järjestelmän polttoväli säilyy samana. Edelleen korjausjärjestelmä antaa mahdollisuuden skannata pintaa 10 telesentrisesti, jotta vinon säteilykeilan aiheuttamat varjoilmiöt estetään suurimmassa mahdollisessa .* 25 mitassa. Korjausjärjestelmä muodostuu edullisesti ensim mäisestä kuperasta peilistä 51, jonka muoto on hyperbolis-sylinterimäinen, ja toisesta kuperasta peilistä 52, jonka muoto on parabolissylinterimäinen. Pienen skannausleveyden tapauksessa pyöreiden sylintereiden käyttö voi aproksimoi-30 da riittävästi toivotuinta muotoa. Korjausjärjestelmää on kuvattu edelleen aiemmin mainitussa EP-patenttihakemukses-sa 0 351 011, johon viitataan yksityiskohtaisemman tiedon saamiseksi.

Esitetyssä toteutuksessa pintaa voidaan valottaa 35 tasaisesti valolähteen avulla, esimerkiksi lampulla, joka 104297 10 on järjestetty skannattavan viivan läheisyyteen. Sellaisen valaistuksen tapauksessa tunnistusjärjestelmällä kuvataan suuri osa pinnasta. Tyydyttävän näytön saamiseksi pinnasta on tarpeen käyttää tunnistusjärjestelmää, joka sisältää 5 yhden pienen tunnistimen tai useita pieniä tunnistimia.

Pinnan kohdan korkeus voidaan mitata valottamalla pintaa hyvin pienellä säteilypisteellä. Periaatteessa tämä säteilypiste voidaan projisoida pinnalle erillisen optisen järjestelmän avulla. Tämä kuitenkin vaatii mutkikkaan oh-10 jausjärjestelmän säteilypisteen liikkeen synkronoimiseksi skannauslaitteen suorittamaan skannaukseen. Sellaista ohjausjärjestelmää ei vaadita, kun optista järjestelmää, jolla pintaa 10 kuvataan tunnistusjärjestelmällä 20, käytetään myös pinnan valottamiseen. Poikkeutusjärjestelmä 30 15 tai 31 palvelee silloin valottamalla pinnan pisteen ja valiten alueen, joka ympäröi valotettua pistettä.

Kuvioissa 2a ja 2b esitetyssä laitteessa näkyy va-lolähdeyksikkö 60, esimerkiksi laser. Jos on tarpeen, va-lolähdeyksikkö on varustettu optisella järjestelmällä si-20 ten, että säteilypiste muodostuu kuvitteelliseen tunnis-tustasoon 21. Tämä säteilypiste kuvataan sitten pinnalla 10 optisen järjestelmän kautta, joka sisältää elementit 42, 43, 52, 51 ja 41. Vaihtoehtoisessa toteutuksessa tuleva säteilykeila voidaan myös kytkeä mukaan sivulta peilin .* 25 avulla, joka on kohdassa 69.

Pinnan heijastama säteily viedään vastakkaisessa suunnassa tunnistustasolle 21, jossa se projisoidaan paik-kaherkille säteilytunnistimille 24 ja 25, esimerkiksi objektiivien 22 ja 23 kautta. Nämä paikkaherkät säteilytun-30 nistimet tuottavat lähtösignaalin, joka ei osoita vain * tulevan säteilyn voimakkuutta, vaan myös säteilypisteen paikan säteilyherkällä pinnalla. Sellainen tunnistin sisältää esimerkiksi useita erillisiä elementtejä tai paik-kaherkän valodiodin (PSD). Koska linssien 22 ja 23 pääak-35 seli on kulmassa sylinterimäisen linssin 42 pääakselin 11 1042b»/ suhteen, suoritetaan kolmiomittaus mittaamalla paikka, jossa säteily kohdistuu tunnistimiin 24 ja 25. Tuloksena pinnan valotetun osan kuvan spatiaalisesta paikasta, pinnan tämän osan korkeus voidaan määrittää. Suuri mittausten ' 5 määrä, joka suoritetaan viivaa skannattaessa, tuottaa pin nan korkeusprofiilin mainittua viivaa pitkin.

Kuvioissa 2a ja 2b näkyy kaksi objektiivia 22 ja 23 ja kaksi tunnistinta 24 ja 25. Yhden objektiivin tunnistimella varustettuun järjestelmään verrattuna tämä tuottaa 10 tarkemman mittauksen ja varjoilmiöiden vaikutus jyrkkien korkeusvaihteluiden tapauksessa on pienempi.

Valolähdeyksikkö 60 voidaan toteuttaa sillä tavoin, että ei vain yksi pinnan 10 piste, vaan myös useita rinnakkain asetettuja pisteitä valotetaan. Nämä pisteet voi-15 daan siirtää toistensa suhteen suunnassa, joka on poikittainen skannaussuunnan suhteen, jotta pinnan skannaus ete-nee huomattavasti nopeammin kuin yhdellä valotetulla pisteellä. Tunnistusjärjestelmä tulisi tietysti sovittaa tunnistamaan suurempi määrä säteilytettyjä pisteitä. Suurempi 20 osa pinnasta voidaan myös valottaa ja useita pieniä tunnistimia voidaan käyttää, jotta tunnistettaisiin enemmän rinnakkain asetettuja pisteitä.

Osoitus pinnan (osien) korkeudesta voidaan saada vaihtoehtoisesti sama-akselisella tunnistusmenetelmällä. 25 Tässä tapauksessa pistemäinen valolähde ja pistemäinen tunnistin kuvataan molemmat samassa pisteessä, joka piste sijaitsee nimellisessä kohdassa skannattavalla pinnalla tai sen lähellä.

Muita olemassa olevia korkeudenmittausperiaatteita 30 voidaan myös käyttää, sellaisia kuin interferometrian,

Focaultin ja astigmaattisia menetelmiä. Skannauslaitteen suuri numeerinen aukko antaa tämän mahdollisuuden.

Kuvioissa 3a ja 3b näkyy keksinnön mukaisen skannauslaitteen rakenne koskien painokytkentälevyjen skan-35 naukseen tarkoitettua toteutusta.

12 104297 Säteilylähdeyksikkö sisältää laserin 61, joka muodostaa kollimoidun lasersäteen 62. Tämä säde voidaan vielä sähköoptisen modulaattorin 63 kautta valon voimakkuuden sovittamiseksi käytettyyn tunnistimeen. Lasersäde 62 koh-5 distuu linssiin 65, joka fokusoi säteen polttopisteeseen 66 kuvitteellisella tasolla 21. Lasersäde kulkee sitten toisen sylinterimäisen linssin 42 läpi, heijastuu taittavista peileistä 45 ja 46, kulkee läpi kuvauslinssin, tai järjestelmän joka sisältää linssit 43a ja 43b, ja poikkeu-10 tetaan pyörivällä monikulmaisella peilillä 32 skannattavan pinnan 10 suuntaan. Korjauspeilit 51 ja 52 on järjestetty monikulmion 32 ja skannattavan pinnan 10 väliin. Lopulta lasersäde muodostaa skannauspisteen 12 pinnalle 10, joka skannauspiste liikkuu nuolen 31 suuntaan pinnan yli moni-15 kulmaisen peilin 32 pyörimisestä johtuen. Pinnalta heijastunut säteily kulkee optisen järjestelmän läpi käänteisessä suunnassa ja muodostaa kuvan kuvitteelliselle tasolle 21 tai sen lähelle. Tämä kuva havaitaan tunnistusjärjestelmän avulla, joka sisältää linssit 22 ja 23 ja tunnis-20 timet 24 ja 25.

Kuten kuviossa 3b on esitetty, koko pinta 10 skan-nataan liikuttamalla painokytkentälevyä nuolen 11 suunnassa, joka on poikittainen skannaussuunnan suhteen.

Sylinterimäisten linssien 41 ja 42 sijasta tai nii-25 den lisäksi voidaan käyttää vaihtoehtoisesti sylinterimäi-siä peilejä. Tämä on esitetty kuviossa 4. Tätä kuviota voidaan verrata kuvioon 2a. Kuviossa 4 sylinterimäiset peilit 141a, 141b, 142a ja 142b on järjestetty sylinterimäisten linssien 41 ja 42 lisäksi. Peilien 141a ja 141b, 30 jotka ovat lähellä skannattavaa pintaa, heijastavat pinnat muodostavat ellipsin osat, jonka yksi polttopiste F0 sijaitsee järjestelmän optisen akselin ja skannattavan pinnan nimellisen pisteen leikkauspisteessä, ja toinen polttopiste F1 sijaitsee kuvauslinssin 43 keskipisteessä. Toi-35 sella sylinterimäisellä peilijärjestelmällä 142a ja 142b 104297 13 on myös elliptinen muoto, jonka yksi polttopiste Ff sattuu yhteen kuvauslinssin keskipisteen kanssa, ja toinen polttopiste Fd sijaitsee tunnistustasolla 21.

Sylinterimäiset peilit 141a ja 141b antavat mahdol-‘ 5 lisuuden vastaanottaa suuressa kulmassa säteilyä pinnalta 10. Tämä parantaa skannauslaitteen erottelukykyä verrattuna skannauslaitteeseen, jossa käytetään vain sylinteri-mäistä linssiä 41. Tämän paremman erottelun hyödyntämiseksi tunnistusjärjestelmä sisältää edelleen ylimääräiset 10 paikkaherkät tunnistimet 124 ja 125, joita edeltää objektiivilinssit 122 ja 123. Kuvioista edelleen näkyy pinnalta tulevan säteilyn säteilyreitit, joka säteily vastaanotetaan sylinterimäisellä linssillä 41 tai sylinterimäisillä peileillä 141a ja 141b. Säteilylle, joka on lähtöisin 15 skannattavalta pinnalta, kun se on nimellisessä asennossa, on esitetty säteilyreitti (katkoviivalla). Sellaiset elliptiset peilit voidaan valmistaa esimerkiksi pyörivällä jyrsintäterällä varustetulla jyrsinkoneella, jossa akseli jonka ympäri jyrsintäterä pyörii, on kulmassa aihion liik-20 keen suuntaan nähden.

Kuviossa 5 näkyy korjauspeilien 51 ja 52 paikka, kun sylinterimäisiä peilejä 141a ja 141b käytetään valon vastaanottamiseen. Peilit 51 ja 52 ovat hiukan leveämpiä kuin skannauslaitteessa, jossa käytetään vain sylinterim-25 äistä linssiä 41. Edellä olevan lukemisen jälkeen voidaan tulla toimeen ilman tämän kuvion osien ja niiden toimintojen tarkempaa kuvausta.

Keksinnön mukaista skannauslaitetta ei käytetä vain (kolmidimensionaalisten) kohteiden tarkastamiseen, vaan 30 sitä voidaan myös käyttää pintojen valottamiseen kuviolla, esimerkiksi painokytkentälevyjen valmistuksen aikana, ja muilla kuvioilla, jotka on tehty valoherkän kerroksen avulla.

Claims (12)

14 1G4297

1. Skannauslaite pinnan (10) skannaamiseksi optisesti viivaa pitkin, joka laite sisältää säteilyherkän 5 tunnistusjärjestelmän (20) jolla tunnistetaan pinnalta (10) peräisin oleva säteily, ja edelleen optisen järjestelmän jolla pinnan (10) alue kuvataan säteilyherkällä järjestelmällä (20), ja poikkeutusjärjestelmän (30) mainitun pinnan (10) skannattavan alueen valitsemiseksi, maini-10 tun optisen järjestelmän sisältäessä ensimmäisen ja toisen sylinterimäisen alijärjestelmän (41, 42, 141a, 141b, 142a, 142b), ensimmäisen sylinterimäisen alijärjestelmän (41, 141a, 141b) ollessa järjestetty lähelle skannattavaa viivaa ja rinnakkaisesta sen kanssa, ja toisen sylinterimäi-15 sen alijärjestelmän (42, 142a, 142b) ollessa järjestetty tunnistusjärjestelmän (20) viereen, tunnettu siitä, että poikkeutusjärjestelmä (30) on järjestetty sätei-lyreitille ensimmäisen (41) ja toisen (42) sylinterimäisen alijärjestelmän väliin, ja että optinen järjestelmä sisäl-20 tää kuvauslinssin (43), joka on järjestetty sillä tavoin, että katsottaessa poikittaisesti skannaussuuntaan nähden, pintaa (10) kuvataan kuvauslinssissä (43) ensimmäisellä sylinterimäisellä alijärjestelmällä (41, 141a, 141b) ja kuvauslinssiä (43) kuvataan tunnistusjärjestelmässä (20) 25 toisella sylinterimäisellä alijärjestelmällä (42, 142a, 142b),

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen skannauslaite, tunnettu siitä, että ainakin yksi sylinterimäinen alijärjestelmä sisältää onton sylinterimäisen peilin 30 (141a, 141b, 142a, 142b).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen skannauslaite, tunnettu siitä, että sylinterimäinen peili (141a, 141b, 142a, 142b) on muodoltaan elliptinen.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen skannauslaite, 35 tunnettu siitä, että ensimmäinen ja toinen sylin- 104297 15 terimäinen alijärjestelmä sisältävät sylinterimäiset linssit (41, 42), joissa on taittava pinta, joka poikkeaa pyö-reästä muodosta (kovera sylinterimäinen linssi).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen skannauslaite, 5 tunnettu siitä, että kuvauslinssi (43) on järjestetty säteilyreitille poikkeutusjärjestelmän (30) ja toisen sylinterimäisen alijärjestelmän (42; 142a, 142b) väliin.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen skannauslaite, 10 tunnettu siitä, että optinen järjestelmä sisältää myös korjausjärjestelmän (51, 52), joka on järjestetty säteilyreitille ensimmäisen sylinterimäisen alijärjestelmän (41; 141a, 141b) ja poikkeutusjärjestelmän (30) väliin siten, että optinen etäisyys skannattavan alueen ja sätei-15 lyherkän tunnistusjärjestelmän (20) välillä on oleellisesti riippumaton poikkeutusjärjestelmän (30) paikasta.

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen skannauslaite, tunnettu siitä, että korjausjärjestelmä (51, 52) muodostuu ainakin kahdesta kaarevasta peilistä, jotka on 20 järjestetty peräkkäin säteilyreitille.

8. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen skannauslaite, tunnettu siitä, että kuvauslinssi (43) on anamorfinen linssi.

9. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mu- ; 25 kainen skannauslaite, tunnettu siitä, että ensim mäinen (41; 141a, 141b) ja toinen (42; 142a, 142b) sylinterimäinen alijärjestelmä on järjestetty symmetrisesti kuvauslinssin (43) suhteen.

10. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen 30 mukainen skannauslaite, tunnettu siitä, että sä- teilyherkkä tunnistusjärjestelmä sisältää ainakin yhden säteilyherkän tunnistimen (22, 23, 122, 123), jota edeltää linssijärjestelmä, mainitun linssijärjestelmän pääakselin ollessa kulmassa toisen sylinterimäisen alijärjestelmän 35 (42; 142a, 142b) pääakselin suhteen. 16 104297

11. Patenttivaatimusten 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 tai 10 mukainen skannauslaite, jossa laite sisältää myös säteilylähdeyksikön säteilykeilan tuottamiseksi, tunnettu siitä, että optinen järjestelmä on järjestetty 5 täysin tai osittain fokusoimaan tuotettu säteilykeila pinnalle (10), ja että poikkeutusjärjestelmä (30) on myös järjestetty aiheuttamaan näin muodostetun säteilypisteen liikkuminen pitkin skannattavaa viivaa.

12. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen 10 mukainen skannauslaite, tunnettu siitä, että sä- teilyherkkä tunnistusjärjestelmä (20) on sovitettu tunnistamaan useita pinnan kohtia, jotka kohdat seuraavat rinnakkain asetettuja samansuuntaisia reittejä skannauksen aikana. 17 104297