FR2497568A1 - Procede photo-electrique et dispositif recepteur pour deceler la position de structures angulaires a mesurer - Google Patents

Abstract

LE DISPOSITIF RECEPTEUR PHOTO-ELECTRIQUE EST CONSTITUE PAR AU MOINS UNE SURFACE RECEPTRICE CENTRALE 1 ET PAR AU MOINS UNE SURFACE RECEPTRICE PERIPHERIQUE 11, 12, 13, 14. LES SURFACES RECEPTRICES SONT ISOLEES ELECTRIQUEMENT LES UNES DES AUTRES ET LES SIGNAUX EMIS PAR LES DIFFERENTES SURFACES PEUVENT ETRE COMBINES LOGIQUEMENT AFIN DE CREER LE SIGNAL DE MESURE QUI EST ENREGISTRE OU VISUALISE APRES AMPLIFICATION.

Description

La présente invention se rapporte à un procédé

photo-électrique et à un dispositif pour déceler la posi-

tion de structures angulaires à mesurer et qui peuvent présenter une orientation quelconque par rapport à un système de référence fixe (système de coordonnées). Le procédé et le dispositif suivant l'invention sont utilisée,

par exemple, dans des appareils de mesure optiques de pré-

cision (machines de mesure de coordonnées) pour la mise en oeuvre d'un procédé de mise en position suivant les

coordonnées x, y et q, tout en permettant une mesure au-

tomatique de structures mobiles, c'est-à-dire de struc-

tures non stationnaires. Une autre application de l'inven-

tion concerne la reconnaissance des positions de structures

géométriques simples sur des gabarits ou des puces semi-

conductrices dans le domaine de la photolithographie.

Des systèmes photo-électriques sont utilisés sous des formes différentes pour la réalisation de microscopes photo-électriques et de systèmes de mesure de trajets et

également pour la mesure d'objets et l'analyse d'images.

Des documents connus se rapportant à ce domaine et notam-

ment à celui de la photolithographie décrivent un grand nombre de procédés et de dispositifs photo-électriques à fonctionnement statique et dynamique et qui sont destinés

à la détection de la position de bords ou d'arêtes et no-

tamment d'objets plans et rectilignes (par exemple par

la revue technique "Optik 21 (1964) page 605 et les suivan-

tes et par le bulletin scientifique de l'université Friedrich Schiller, Jena, Math.-Nat., 25 de 1976 ne 5,

page 683).

Ces procédés sont très souvent compliqués ou ils ne satisfont pas complètement aux exigences demandées à la

mesure de coordonnées (ils nécessitent par exemple la pré-

sence indispensable de repères ou de marques définis sur

les objets à mesurer, et une orientation préalable par rap-

port au système de mesure).

On conna!t également des dispositifs pour la détec-

tion photo-électrique de la position d'un objet dans lesquels un tube analyseur est utilisé en tant que convertisseur (brevet DD 128 637). Une exploration ou un balayage unique ou double de l'image dans le sens des coordonnées x et y

est alors réalisé dans le tube analyseur grace à une com-

mande appropriée de l'unité d'exploration. Un dispositif d'évaluation électronique relève la position erronée par rapport à une position idéale dans le sens x. y et L I.e

temps de mesure est inférieur à 300 mn..

Par la demande de brevet DE 2 40c5 102 on connaît un procédé suivant lequel une otructure lngulaire ou ei forme de ligne droite e e,.-piorée s ia ide d'lne sonde émettant une lumière ptuii,'--l7' es effúc-t e ts to circulaire et déviée méca-niqu?ment. ú-e -iguaho du-;esur

créés dans un récepteur photo-Elet.-i-.ue sent]rs a-

lués,en ce qui concerne leur position de pirse par Yralpor

au mouvement de rotation, pour déterminer la positir! an-

gulaire de la structure. L'analyse de la fréquence des signaux de mesure fournit l'indication en ce qui concerne

la position par rapport au centre de rotation.

Ces deux dernières solutions se caractérisent par un principe de mesure dynamique. Lutilisation de moyens d'exploration ou de balayage mécaniques limite la mise en

oeuvre de ces procédés à des objets quasi stationnaires.

Cependant l'utilisation de moyens de balayage non mécani-

ques, par exemple l'utilisation de tubes analyseurs, crée

des problèmes en raison de la résolution locale limitée.

I1 est en outre probable que ces deux derniers procédés mentionnés entraînent l'apparition de mesures fortement erronées lorsqu'il s'agit de structures non idéales étant donné que l'emplacement de la structure est mesuré sans

tenir compte des définitions généralement admises.

La demande de brevet DE 2 102 027 décrit un procédé qui permet de mesurer et de définir l'emplacement des bords ou des arêtes à l'endroit du gradient de noircissement maximum d'un profil d'intensité en forme d'arête. A cet

effet la double déviation du profil d'intensité est réali-

sée par voie optique. Ce procédé ne peut cependant être utilisé que pour un ou pour deux dispositifs de mesure, comme cela est indiqué (voir demande de brevet DE

2 017 400).

La présente invention a pour objet de permettre un relèvement rapide, objectif et sans contact des grandeurs de mesure lors de la mesure de structures produisant des

effets optiques, qui ne sont pas nécessairement station-

naires par rapport à un système de référence à poste fixe et qui par rapport à ce dernier ne doivent pas présenter obligatoirement une orientation préférentielle. La présente

invention doit permettre d'obtenir une plus grande préci-

sion de mise en position et une plus grande vitesse de me-

sure grâce à l'utilisation de procédés de mise en position visuels et ceci notamment pour des appareils de mesure de précision optiques tels que des appareils de mesure de coordonnées comportant un système numérique pour la mesure

de trajets.

L'invention a pour but de créer un procédé photo-

électrique et un dispositif récepteur qui permettent de reconnaltre et de mesurer des structures en forme d'arêtes

ou de lignes droites et qui produisent des effets optiques.

Lors de la coïncidence de l'emplacement de la structure visée selon la définition photométrique moyenne,il doit être possible d'en dériver un signal de commande approprié pour un dispositif de mesure électronique périphérique,

par exemple un dispositif indicateur de position d'un sys-

tème de mesure de déplacement.

Les-problèmes exposés ci-dessus sont résolus confor-

mément à l'invention par un procédé photo-électrique sta-

tique qui, grâce à une évaluation photométrique bi-dimen-

sionnelle des rayons émis par les éléments de structure caractéristiques, permet de déterminer la position de la structure indépendamment de l'orientation de celle-ci à l'intérieur d'un système de référence fixe (système de coordonnées) par rapport à un repère de visée représenté (origine des coordonnées). Le procédé est caractérisé en ce que le minimum et le maximum du flux de rayonnement

sont détectés optiquement et de façon intégrale et bi-

dimensionnellement au voisinage immédiat de la zone de transition de l'arête, en ce que la somme de tous ues rayons est formée soit par voie optique au moyen d'une surface de diaphragme périphérique (par exemple une bague circulaire) et en dérivant un signal électrique qui est

proportionnel à cette somme, soit par une sommation élec-

trique de différentes grandeurs de signaux qui sont propor-

tionnelles les unes aux autres par suite des rayons par-

tiels traversant plusieurs surfaces partielles de diaphrag-

me périphériques et en ce que tous les rayons de la zone

de transition de l'arête sont de plus captés par une sur-

face centrale de diaphragme de façon à pouvoir obtenir de nouveau un signal électrique qui est proportionnel à ces

rayons. Ensuite on procède à une différentiation des si-

gnaux électriques en résultant et après une pré-amplifica-

tion les signaux sont évalués en fonction du rapport entre

la surface périphérique de diaphragme et la surface cen-

trale de diaphragme. Il est évident que la pré-amplifica-

tion est superflue lorsque les surfaces sont identiques.

Le passage par zéro se produisant dans le signal différentiel est utilisé de préférence pour l'indication d'une position relative et définie de la structure à mesurer

et de l'origine de coordonnées.

Les rayons émis par les surfaces périphérique et centrale de diaphragme sont conduits vers deux récepteurs

photo-électriques par l'intermédiaire d'éléments de gui-

dage de rayons appropriés ou ils sont réunis et visualisés sur un récepteur par l'intermédiaire d'un interrupteur de

rayons (procédé Chopper).

Selon une autre forme de réalisation de l'invention, les surfaces de diaphragme sont formées par des surfaces

sensibles de récepteurs photo-électriques réalisées et dis-

posées de façon appropriée. Ce dispositif à récepteurs photo-électriques intégrés à une puce ou réalisés sous une forme d'hybride, présente au moins une surface réceptrice centrale et au moins-une surface réceptrice périphérique entourant la surface réceptrice centrale. Les surfaces réceptrices sont disposées en étant isolées électriquement l'une de l'autre et les signaux des différentes surfaces peuvent être combinés librement* La surface réceptrice centrale est réalisée, de préférence, sous une forme cir- culaire ou carrée et la surface réceptrice périphérique peut présenter une forme annulaire ou elle peut se composer de quatre surfaces partielles de forme identique. Dans ce cas chacune des surfaces partielles présente une superficie qui est identique à celle de la surface centrale ou la somme des surfaces périphériques est égale à la superficie

de la surface centrale.

Le dispositif récepteur suivant l'invention permet en plus de la mise en oeuvre du procédé pour l'exploration indépendamment de la direction, de structures à mesurer en forme d'arête grâce à la libre combinaison de toutes les surfaces réceptrices individuelles, et également la mise en oeuvre du procédé différentiel connu à deux cellules et

destiné à l'exploration d'objets de forme rectiligne.

Etant donné que le procédé utilisé constitue un procédé de mesure statique, le dispositif convient particulièrement

bien à la mesure de structures mobiles (non stationnaires).

Diverses autres caractéristiques de l'invention res-

sortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit.

Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux

dessins annexés.

La fig. la est le schéma de principe d'un disposi-

tif récepteur composé de cinq diodes réceptrices intégrées

présentant une forme carrée et des dimensions identiques.

La fig. lb montre l'allure du signal de réception lors de la détection par translation d'une arête (t = o

ou 45 ).

La fig. lc montre l'allure du signal de réception

lors de la détection d'une arête par rotation.

La fig. ld montre l'allure du signal de réception

lors de la détection d'un trait rectiligne par translation.

La fig. 2a est le schema de principe d'un disposi-

tif récepteur comportant cinq diodes réceptrices intégrées

présentant une forme rectangulaire mais de géométrie dif-

férente. La fig. 2b montre l'allure du signal de réception

lors de la détection a'une arête par translation.

La fig. 3a représente un dispositif récepteur com-

pose de deux surfaces réceptrices de formine circu.tai-re, disposées coaxialement l!une dans J 'autre et presentant un

rapport suprcficiei de 1:1.

La fig. 3b montre le signal de rception lors de la

détection d'une arete.

La fig. 3c représente le disuoait:À iD récEpt:inr suivant la fig. 2a associé à un disos:if dévaiuation

de signal pour la détection d'un trait rectii>;gne;,in-

térieur d'une plage nominale.

La fig. 3d montre un dispositif récepteur comnpor-

tant trois surfaces réceptrices disposées coaxialement les

unes à l'intérieur des autres.

La fig. 3e montre le signal de réception lors de la

détection d'un trait rectiligne.

La fig. 4 représente un dispositif récepteur sui-

vant la fig. 2a mais dans lequel les deux surfaces circu-

laires sont subdivisées chacune en quatre secteurs iden-

tiques.

Le dispositif récepteur représenté a la fig. la est composé de cinq surfaces réceptrices séparées de forme carrée, à savoir, une surface centrale 1" et quatre surfaces périphériques 11', 12'1-, 13: et 14' de longueurs latérales a. Cet ensemble peut être réalisé en étant intégré à une puce ou sous forme de construction hybride. Les bandes de séparation d entre les surfaces réceptrices déterminent les axes x, y du système de coordonnées. Lors de l'utilisation

de ce récepteur dans un appareil de mesure optique de coor-

données, il doit être disposé dans un plan de formation

d'image intermédiaire ou, par exemple, sur l'écran de pro-

jection de façon que son centre soit situé dans l'axe de visée. On choisit généralement l'axe optique de l'appareil

de mesure en tant qu'axe de visée.

Le type de récepteur représenté permet 1. L'obtention d'un signal de coïncidence lors de la mise en place d'une arête à effet optique sans tenir

compte de la position de l'origine des coordonnées.

2. L'obtention d'un signal de parallélisme ou d'un signal de recouvrement après avoir obtenu la coïncidence selon 1 et lors d'une rotation d'une arête par rapport aux

axes des coordonnées.

3. L'obtention d'un signal de coïncidence lors d'une mise en position incontrôlée du centre photométrique de traits à effet optique et d'une largeur b. Les traits de largeur b a + 2 d et b 5a + 2d sont placés par rapport à l'origine des coordonnées et les traits d b 2a + d par rapport à un point de visée sur les axes des coordonnées et à une distance de 1/2 (a + d) de l'origine des coordonnées

(voir fig. la).

4. L'obtention d'un signal de coïncidence présen-

tant lors du déplacement angulaire d'un trait des lignes qui s'étendent parallèlement et à une distance de 1/2

(a + d) des axes des coordonnées.

En ce qui concerne le point 1.

Conformément à l'invention la mise en position des

arêtes au moyen d'un récepteur suivant la fig. la s'effec-

tue selon l'équation: 4 o Z= dans laquelle Pl représente la propagation des rayons sur les surfaces 1i, 121, 13' et 14' *1 la propagation des rayons sur la surface 1",

= O lors de la coïncidence.

La multiplication par quatre de la propagation des

rayons est obtenue après la transformation par une amplifi-

cation appropriée du signal s (r, 4) qui est proportion-

nelle à la propagation des rayons.

4 Ji si ( q) - 4 s1 (rk 9): 5 (rklt) Z=1 57- dans laquelle s' 4 représente les signaux provenant des surfaces 111, 12', 13' et 14' sI s l] e signal provenant de la surface 1" et

rk - les coordonnées de l'emplacement de l'arête.

Lors de la translation par l'intermédiaire du récep-

teur d'une structure en forme d'arête et présentant une position angulaire quelconque par rapport aux axes des

coordonnées, on obtient un signal dont l'allure est carac-

téristique pour le procédé. Les signaux différentiels s(rk,) pour -= 0o ou 2 = 45- sont représentés à la fig. lb. Le dispositif récepteur représenté à la fig. 2a fonctionne selon le même principe de mesure. L'égalité

entre la somme des signaux émis par les surfaces réceptri-

ces extérieures 21', 22', 23', 24' et le signal provenant

de la surface réceptrice intérieure 2" lors d'un éclaire-

ment complet de toutes les surfaces réceptrices, est alors obtenue grâce à la superficie identique de la somme des

surfaces 21', 22', 23', 24' et de la surface 2".

La fig. 2b montre les allures caractéristiques s(rk, A) des signaux. Le signal différentiel des deux

formes de réalisation présente, indépendamment de la posi-

tion angulaire de l'arête par rapport aux axes des coor-

données, un passage par zéro lors de la coincidence entre

l'arête et le point d'origine des coordonnées. A cet ins-

tant l'arête obscurcit la moitié de la somme des surfaces réceptrices extérieures ainsi que la moitié de la surface réceptrice intérieure et les signaux différentiels sont

créés.

8' -z (rk Z) (rk t) = suivant la fig. lb ou 4 - s2z (rk) - 4 s"2 (rk) = 0 Z=1

suivant la fig. 2b.

La zone de détection ou d'arrêt dans le sens des coordonnées résulte de l'équation Bxy = 2 (a'1 + d) + a" La zone de détection ou d'arrêt B indique la zone

sur le dispositif récepteur pour laquelle s(rk,q)4 0.

Lors de la présence de dimensions extérieures iden-

tiques (surface circulaire circonscrite) la sensibilité est plus grande pour la forme de réalisation à surfaces égales suivant la fig. la que pour la forme de réalisation

suivant la fig. 2a.

Dans les deux récepteurs la sensibilité s'accroit avec l'augmentation de oe à 450 de l'angle de l'arête par

rappert aux axes des coordonnées (bande de séparation).

En ce qui concerne le point 2.

Les deux dispositifs récepteurs peuvent toujours être utilisés, de façon simple, pour l'indication de la coincidence lors d'une rotation (arête parallèle à l'axe des coordonnées). A cet effet les surfaces 11' et 13' ou

12' et 14' du dispositif suivant la fig. la sont, par exem-

ple, branchées pour former un circuit différentiel. Les signaux différentiels s(x, 90*) = s12 (x, 900) - s'14 (x 90) ou s(y, o) = s'il (y, 0) - s13 (y, O) deviennent zéro lorsque les positions angulaires indiquées

ci-dessus sont atteintes.

L'obtention de la position de coïncidence par rap-

port à l'un des sens de coordonnées exige une mise en

position conformément au point 1. L'allure du signal dif-

férentiel est représentée à la fig. le. L'angle limite de la zone de détection ou d'arrêt est obtenu généralement par les relations suivantes: a max= arc tan 2 pour h ou max a d = arctan 2d pour h = O (corncidence) max 2d a dans lesquelles

h représente la distance entre l'arêto et. le point d'ori-

gine des coordonnées dans le sens des coordonnées max l'angle limite de la zone de détection ou d'arrêt de

l'arête par rapport au sens des coordonnées.

En ce gui concerne le point Le dispositif récepteur suivant la fig. la dont les

surfaces présentent la même superficie permet avantageuse-

ment l'indication de la position nominale d'un trait. A

cet effet on utilise le procédé statique à deux cellules.

I1 est alors possible d'établir un circuit différentiateur entre les surfaces réceptrices lit, 12', i3t' 14' et la surface 1", par exemple en vue de l'utilisation du passage

par zéro du signal différentiel.

s(X) = s'12 (x) - s1" (X) s(y) = s'il(x) - Si (x) pour de faibles largeurs de trait (s< b (2a + d) ou s(X) = s12(x) - s14 (X) s(y) = s11(y) - s13 (y)

pour des largeurs de trait s + 2d <b <3a + 2d.

11i

A l'intérieur d'une plage de 0 01. t450 le pas-

sage par zéro d'une paire de surfaces réceptrices déter-

minée est tributaire de la position de rotation. Lorsqu'il s'agit d'angles plus importants on doit mesurer à chaque fois dans l'autre sens de coordonnées.

L'allure des signaux en tant que fonction de l'em-

placement du centre photométrique du trait est représentée

à la fig. id.

En ce qui concerne le point 4.

A condition que la mise en position du trait ait été réalisée selon le point 3,il est possible d'obtenir un

signal de coïncidence lorsque les directions des coordon-

nées sont atteintes grâce au branchement différentiel des

surfaces réceptrices partielles suivant le point 2.

Un autre dispositif récepteur pour l'exploration

des arêtes indépendant du sens est représenté à la fig. 3a.

Ce dispositif se distingue par une sensibilité qui est indépendante de l'orientation de l'arête. Le dispositif est constitué par une surface réceptrice de forme circulaire

et par une autre surface réceptrice de forme également cir-

culaire et qui est disposée concentriquement par rapport

au centre du cercle de la première surface. Les deux sur-

faces réceptrices doivent être branchées de manière que

les signaux électriques qu'elles émettent soient propor-

tionnels au flux lumineux incident, ces signaux étant ensuite soustraits. Les dispositifs utilisés à cet effet sont connus, par exemple par la demande de brevet DE

1 957 161, et ne nécessitent aucune explication.

Conformément à l'invention la longueur des rayons doit êtrc choisie pour que la surface annulaire 31' soit égale à la surface annulaire 3". Ceci est le cas lorsque,

tout en négligeant les dimensions de la largeur de sépara-

tion d'entre les surfaces réceptrices, ri = \/W ro.

Lorsqu'une structure en forme d'arête se déplace sur la surface réceptrice, comme indiqué à la fig. 3a, l'allure du signal différentiel est celle représentée à la fig. 3b. Il ressort de cette figure qu'il apparalt un signal zéro qui peut tre utilisé avantageusement pour

le démarrage d'un processus de mesure de longueur lors-

que l'argte se trouve en coincidence avec le point cen-

tral du dispositif récepteur. A ce stade la structure en forme d'ar4te obscurcit tout juste la moitié de la sur- face réceptrice, ctest-à-dire que l'autre moitié est

éclairée, de sorte que la différence des signaux du récep-

teur devient zéro à condition que les surfaces de ce der-

nier présentent une sensibilité identique.

La relation analytique entre l'emplacement de l'arg-

te rk et le signal différentiel s(x) pour une largeur de séparation d - 0 résulte de 15quation suivante: I rc.COS ---' S(rk DirE.SD r (arc cos -arc cos + o r r r rOrk (2 k-V -) o o dans laquelle SD représente la sensibilité de la matière réceptrice et E l'intensité lumineuse dans la partie éclairée de la transition de l'argte. En ce qui concerne la partie non

éclairée de l'arête on admet que E = 0.

Pour une sensibilité réceptrice du dispositif au voisinage du passage par zéro (point de coïncidence) on obtient, par exemple, pour des valeurs: E = 1500 lx, SD = 4,2 mA/lm et r1 = 100o m une valeur de S(rkle) = 0,5 nA/Pm Ark Etant donné que le courant d'obscurité de la matière

réceptrice choisie est d'environ 0,07 nA lors du fonction-

nement, on peut détecter de façon sire des écarts inférieurs à 1 pm lorsqu'il s'agit de structures idéales (contraste maximum). La symétrie de révolution du dispositif récepteur permet d'obtenir une sensibilité du dispositif qui est totalement indépendante de la direction. L'axe de visée

est déterminé par le point de centre du cercle. Le dispo-

sitif peut être utilisé de façon particulièrement avanta-

geuse pour mesurer des objets angulaires mobiles (non sta-

tionnaires). Selon un perfectionnement de l'invention on prévoit

également un dispositif qui permet la détection,à l'inté-

rieur d'une plage nominale prédéterminée, d'une structure

en forme de trait.

Lors de l'utilisation du type de récepteur repré-

* senté à la fig. 3a il est nécessaire, à cet effet, dfampli-

fier électroniquement d'un facteur < 3x (par exemple 2,5x) le signal de réception provenant de la surface annulaire

avant l'enregistrement du courant photo-électrique diffé-

rentiel (fig. 3c). Le même effet peut cependant également &tre obtenu, conformément à l'invention,en reliant à la première surface annulaire une deuxième surface annulaire périphérique (fig. 3d). Le branchement des récepteurs doit être réalisé de façon que le signal total en résultant

s. soit combiné avec les signaux provenant des diffé-

ge s rentes surfaces réceptrices partielles suivant la relation ci-après: Sges(r, q)= s"3(r,)s31(rl 4) + s'32 (ri)] L'interrupteur S permet de commuter sur la position

"exploration d'arètes" (position a du commutateur s).

_ a | b S s(r) = S(k) s(r) = S(rs) Lorsqu- le rayon r2 est choisi (en négligeant de nouveau la fente de séparation) pour qu'il soit légèrement inférieur au double rayon r du récepteur annulaire, l'allure du signal lors du passage d'une structure en

forme de trait au-dessus de ce récepteur, est celle repré-

sentée à la fig. 3e. La largeur b du trait est bl b2< b3.

Il ressort de cette figure qu'il se produit un double passage par zéro de la tension du silgnal qui est symétrique au point de coïncidence (c'est-àdire que le centre du trait se trouve dans l'axe de visée). La distance de ces passages par zero de l'axe de visée est indépendante de la largeur du trait et est déterminée uniquement par

le rayon choisi r2 (et du facteur d'amplification de l'am-

plificateur de signai). Lorsque le facteeur d'ampliîication s'approche de la valeur 3 (ou le rapport des rayons de 3a

valeur r2/r. = 2);les passages par zéro s'approchent pro-

gressivement de l'axe de visée et les coîiposarnts négatifs

du signal diminuent ce qui a pour effet que l'enregistre-

ment des passages par zéro n'est plus assuré.

Le dispositif décrit ci-dessus permet en conséquence de détecter et de mesurer une structure en forme de trait à l'intérieur d'une plage prédéterminée. On obtient, par exemple pour ro o 75 Mm et r2 q140 pm une plage nominale de 30 lu et pour r0 rY 71 pm et r2 140 /pm une plage

nominale de - 10 um.

Cette utilisation permet également et,sans difficul-

té, de mesurer des objets mobiles grâce à la réalisation

d'un processus de mesure statique.

Une autre forme de réalisation avantageuse d'un dis-

positif récepteur est représentée à la fig. 4. Ce dispositif récepteur convient particulièrement à la mise en position du centre photométrique d'un trait par rapport à un point de visée. A cet effet les secteurs sont branchés par paire pour former un circuit différentiel grâce auquel le signal du récepteur répond aux relations suivantes: s(r,)=s '41+s '42=s"45+s"46- (s t43+s '44+s"47+s"48) pour5 < (f)<o ou s(r,)s'4]+d 44+ S"45+s"48-(s'42+8'43+s"46+s"47)

pour 0- < ( 45.

Les bandes de séparation déterminent les axes du

système de coordonnées.

Le passage par zéro de s(r, q) indique la co!nci- dence du centre photométrique du trait avec le centre du dispositif récepteur. Le même branchement est utilisé pour indiquer la coincidence d'une arête avec les axes des

coordonnées lors d'une rotation.

La coincidence dtun trait (centre photométrique)

avec les axes des coordonnées lors d'une rotation est in-

diquée lorsque les relations suivantes sont remplies: s'41(r,c) -s'44(r,) = 0 et

s'42(r,) -s'(r, -'43r, q) = 0.

Les deux dernières utilisations mentionnées néces-

sitent une mise en position sur le point dtorigine des coordonnées. Le dispositif peut également être utilisé pour déterminer directement la position angulaire d'un trait par rapport au sens des coordonnées. A cet effet et lors du déplacement de l'objet dans la direction x on établit un circuit différentiateur, par exemple, entre les surfaces

réceptrices 411, 44' et les surfaces réceptrices 42I, 43'.

Les passages par zéro des deux signaux différentiels sont ensuite enregistré/et l'angle est calculé à partir des

coordonnées de trajet correspondantes.

arc tan 2(ro+d) + r1 - rO- d

= arc tan-

_ x La mise en position d'une arête peut s'effectuer en utilisant une forme de réalisation qui correspond à celle

du dispositif récepteur suivant la fig. 3a.

Dans ce cas des positions angulaires t= 0 ou Qc 90 doivent être évitées en raison de la présence de la rainure de séparation (précision de mesure réduite).

l6

Claims (19)

REVENDICATIONS

1 - Procédé photo-électrique pour déceler la posi-

tion de structures en forme d'arête à mesurer au moyen d'une évaluation photométrique bi-dimensionnelle des flux de rayonnement émis par des éléments de structure caracté- ristiques, caractérisé en ce que le minimum et le maximum du flux de rayonnement sont détectés optiquement de façon intégrale et bi-dimensionnelle à proximité immédiate de la

zone de transition de l'arête et indépendamment de l'orien-

talion à l'intérieur d'un système de coordonnées, en ce que la somme de tous ces flux de rayonnement est formée

optiquement à l'aide d'une surface de diaphragme périphé-

rique et un signal électrique proportionnel à cette somme

est dérivé ou en ce qu'on procède à une sommation électri-

que de différents signaux qui sont proportionnels aux flux de rayonnement partiels traversant plusieurs surfaces de diaphragme partielles, en ce que tout le flux de rayonnement,

influencé par le changement d'intensité de la zone de tran-

sition de l'arête, est capté entièrement par une surface de diaphragme centrale, en ce qu'un signal électrique est créé qui est de nouveau proportionnel au rayonnement capté,

en ce qu'on forme finalement la différence entre les si-

gnaux électriques obtenus, en ce que les signaux électri-

ques sont évalués après une pré-amplification en fonction

du rapport superficiel entre la surface de diaphragme cen-

trale et la surface de diaphragme périphérique et en ce que la disparition de la différence indique une position relative définie entre la structure à mesurer et le point

d'origine des coordonnées.

2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces de diaphragme sont formées par des

surfaces réceptrices de récepteurs photo-électriques réa-

lisées et disposées de façon appropriée et en ce que l'al-

lutre des signaux délivrés par les surfaces réceptrices

indiquent une position relative et déterminée de la struc-

tutre à mesurer ou la coîncidence de cette dernière avec

le point d'origine des coordonnées.

3 - Procédé suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce que lesflux de rayonnement provenant des sur-

faces centrale et périphérique de diaphragme sont dirigés sur deux récepteurs photo-électriques par l'intermédiaire d'éléments de guidage de rayons appropriés. 4 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux flux de rayonnement combinés par des éléments de guidage sont représentés sur un récepteur

photo-électrique par l'intermédiaire d'un élément inter-

rompant les rayons et en ce que la grandeur du signal élec-

trique modulé délivré par le récepteur indique une position relative déterminée de la structure à mesurer par rapport

au point d'origine des coordonnées.

- Dispositif récepteur photo-électrique pour la

mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications

1 à 4, caractérisé par au moins une surface réceptrice centrale et au moins une surface réceptrice périphérique entourant la surface centrale, les surfaces réceptrices

étant isolées électriquement l'une de l'autre et les si-

gnaux émis par les différentes surfaces pouvant être combi-

nés librement.

6 - Dispositif suivant la revendication 5, caracté-

risé en ce qu'il est réalisé sous une seule pièce.

7 - Dispositif suivant la revendication 5, caracté-

risé en ce qu'il est réalisé sous une forme hybride.

8 - Dispositif suivant l'une des revendications 5 à

7, caractérisé en ce que la surface réceptrice périphérique est composée d'au moins quatre surfaces partielles de même configuration séparées et en ce que chaque surface partielle

présente la mime superficie que la surface centrale.

9 - Dispositif suivant l'une des revendications 5 à

8, caractérisé en ce qu'il est constitué par une surface

centrale carrée (1") et quatre surfaces réceptrices périphé-

riques (11', 12', 13', 14i) identiques à la surface cen-

trale (1").

- Dispositif suivant la revendication 9, caracté-

risé en ce que le signal de mesure est obtenu, conformément à la revendication 1, par une formation électrique de la somme des signaux (s'i11 2 s'3, s'4) produits par les surfaces réceptrices périphériques (11', 12', 13', 14') et par une différentiation subséquente du signal de somme et du signal (s"1) produit par la surface centrale et am-

plifié par un facteur 4.

11 - Dispositif suivant la revendication 9, caracté-

risé en ce que le signal de mesure est formé en utilisant

les signaux provenant à chaque fois de deux surfaces ré-

ceptrices périphériques en regard]2') et (14') respecti-

vement (il' et (l3'), et conformnément à la relation s(r, 1)= s14<r () s14(r) respectivemerit sr,q)= s (r, sq)- s' (r)

12 - Dispositif suivant la revendication 9, caracté-

risé par un branchement différentiel de surfaces réceptri-

ces périphériques se faisant face ou par le branchement différentiel d'une surface réceptrice périphérique et la

surface réceptrice centrale (1").

13 - Dispositif suivant l'une des revendications 5

à 7, caractérisé en ce que la surface réceptrice périphé-

rique est composée par au moins quatre surfaces partielles

séparées, présentant une forme identique et dont la super-

ficie totale correspond à celle de la surface centrale.

14 - Dispositif suivant la revendication 13, caracté-

risé en ce qu'il est constitué par une surface réceptrice

centrale (2') de forme carrée et par quatre surfaces récep-

trices périphériques (21', 22', 23', 24') également de forme carrée et dont la superficie totale correspond à celle

de la surface réceptrice centrale (2').

- Dispositif suivant la revendication 14, caracté-

risé en ce que l'obtention du signal de mesure suivant la

revendication 1 résulte d'une formation de sommes électri-

ques des signaux (s'21' s'22 s'23, s'24) provenant des surfaces réceptrices périphériques (21', 22', 23', 24') et d'une différentiation subséquente du signal de somme et du

signal s" produit par la surface réceptrice centrale (2").

16 - Dispositif suivant la revendication 14, carac-

térisé en ce que le signal de mesure est obtenu conformé-

ment au processus défini par la revendication 11.

17 - Dispositif suivant l'une des revendications 5 à

7, caractérisé en ce qu'il est composé d'une surface ré-

ceptrice centrale (3") de forme circulaire et d'une sur-

face réceptrice (3') de forme annulaire et entourant la

surface (3").

18 - Dispositif suivant la revendication 17, carac-

térisé en ce que le signal de mesure est créé conformément à la revendication 1 grâce à un branchement différentiel

des deux surfaces réceptrices.

19 - Dispositif suivant la revendication 18, carac-

térisé en ce que le signal produit par la surface récep-

trice annulaire est amplifié par un facteur (M).

- Dispositif suivant la revendication 17, carac-

térisé en ce qu'il est complété par l'addition d'une deu-

xième surface réceptrice périphérique annulaire (32') dont le rayon extérieur ne doit pas dépasser le double du rayon

de la surface réceptrice centrale (3y) de forme circulaire.

21 - Dispositif suivant la revendication 20, carac-

térisé en ce que le signal de mesure est créé par une dif-

férentiation de la somme des signaux provenant des surfaces

réceptrices (31') et (32') et du signal produit par la sur-

face réceptrice centrale (3").

22 - Dispositif suivant la revendication 17, carac-

térisé en ce qu'aussi bien la surface réceptrice centrale

que la surface réceptrice périphérique annulaire sont sub-

divisées chacune en quatre surfaces réceptrices égales en forme de secteur et isolées électriquement les unes des autres.

23 - Dispositif suivant la revendication 22, carac-

térisé en ce que le signal de mesure est créé par une

combinaison logique des signaux suivant la revendication 18.

24 - Dispositif suivant la revendication 22, carac-

térisé en ce que le signal de mesure est créé par une dif-

férentiation des signaux de somme provenant des surfaces

réceptrices en forme de secteur et séparées par des bandes.

) - Dispositif suivant la revendication 22, carac-

térisé en ce que deux signaux de mesure sont créés simul-

tanément grAce au branchement différentiel à chaque fois de deux secteurs, par exemple (41') et (42') ainsi que

(43') et (44') de la surface réceptrice annulaire.