CN1621946A - 扫描仪线性测试器 - Google Patents
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Abstract
通过一种方法和装置测量扫描系统中的线性光点速度或位置变化。该方法包括：提供能在扫描线上一前一后移动的至少两个辐射检测器，两个检测器分开距离d；将至少两个辐射检测器置于扫描线上的第一点处；利用扫描辐射扫描至少两个辐射检测器并记录两个检测器沿扫描线的位置，以及当至少两个辐射检测器位于第一点时扫描辐射从至少两个辐射检测器的第一个扫描到第二个所用的时间；将至少两个辐射检测器移动到扫描线上的第二点处，保持至少两个辐射检测器之间的距离d；和再次利用扫描辐射扫描至少两个辐射检测器，并记录两个检测器沿扫描线的位置，以及当至少两个辐射检测器位于第二点时扫描辐射从至少两个辐射检测器的第一个扫描到第二个所用的时间。
Description
技术领域
本发明涉及成像领域，特别是涉及数字成像领域、利用辐射的准直光束扫描图像的领域，以及更具体地说，涉及在扫描处理中校正透镜引起的像差。
背景技术
在广泛的技术领域中，使用数字成像已经变得极其成功。除了使用光束(例如准直光束，诸如激光)直接使那些不同介质(诸如摄影元件、光热照相术(photothermographic)元件、热质量传递载体(thermal mass transfercarrier)、基于烧蚀(ablation)的系统等等)成像，在能够被随后处理以提供图像的中间衬底的快速成像中，激光相当有效。这种中间成像系统作为非限定例子，包括电照相术(electrography)、光电照相术(photoelectrography)、照相机平版印刷术、光电导系统等等。
因为激光本身产生光点(激光束的入射区)，在数字系统中使用激光特别有效，而且由于激光被有效地脉动地产生，可以使用光点来形成像素。每个光点理论上可以是一个像素(图像的最小一致重复元素，即图像元素)，但通常，光点很小，以及使用许多光点来产生甚高分辨率图像上的一个像素。
光点布置的精度(由此像素布置的分辨率)由许多技术特征而定，尤其包括辐射光束在焦平面上的定位的物理控制的精度。有助于这一精度的技术特征为软件、机械部件(移动光束或接收面)、机械部件的稳定性(避免振动、降低磨损等等)以及辐射光束本身的精度和质量。最后一个特征，即光束质量特别受到用于引导激光束的透镜的质量的影响。为简化起见，在本发明的论述中，在下文中将整个投影系统称为“透镜”。然而，术语“透镜”应当被广泛地解释为包含各种类型的投影系统，包括例如折射光学、反射光学以及反射折射系统。辐射系统还包括根据用于定向、成形或控制辐射的投影光束的这些设计类型的任何一个进行操作的部件，以及这些部件还可以在下文、统称或单独地称为透镜。为简化起见，相对于投影光束穿过的第一元件，投影光束穿过的第二元件的位置在下文中被称为所述第一元件的“下游”或“上游”。在本上下文中，措辞“下游”表示从第一元件到第二元件的偏移是沿投影光束的传播方向的偏移。类似地，“上游”表示从第一元件到第二元件的偏移是与投影光束的传播方向相反的偏移。另外，平版印刷装置可以是具有两个或多个衬底台(substrate table)(和/或两个或多个蔽光台(mask table))的类型。在这种“多级”器件中，可以并行使用附加台，或在一个或多个台上执行准备步骤，同时一个或多个其它台用于曝光。例如在U.S.Pat.No.5,969,411和WO98/40791中描述了双级平版印刷装置，在此引入参考。
在使用平版印刷投影装置的制造工艺中，将(例如掩膜中)的图案成像在至少部分被辐射敏感材料层(抗蚀剂)覆盖的衬底上。在这一成像步骤之前，衬底可以经受各种过程，诸如印刷、抗蚀剂涂覆和软烘焙。在曝光后，衬底可以经受其它过程，诸如曝光后烘焙、显影、硬烘焙以及成像特征的测量/检查。这批过程被用作使器件，诸如集成电路的单个层形成图案的基础。然后，使这些成形层经受各种处理，诸如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、化学-机械抛光等等，所有的均用于完成单个层。如果需要几个层，那么对每个新层必须重复整个过程或其变形。最终，将在衬底(晶片)上呈现器件阵列。然后，通过诸如切割或锯切的技术，将这些器件彼此分开，由此，单个器件能安装在载体上、连接到管脚等等。能从例如Peter van Zant的书“Microchip Fabrication：A Practical Guide to Semiconductor Processing”，第三版，McGraw Hill Publishig Co.，1997，ISBN 0-07-067250-4获得有关这些处理的进一步信息，在此引入以供参考。
期望在IC中集成更多数目的电子元件。为了实现此目的，需要减小元件的尺寸，因此增加投影系统的分辨率，以便能将更小的零件或线宽投影在衬底的目标部分上。对投影系统来说，这意味着投影系统以及投影系统中使用的透镜元件必须符合非常严格的质量要求。尽管在透镜元件和投影系统的制造过程中非常慎重，它们仍然经受波前像差，诸如通过投影系统投影在衬底的目标部分上的像场上的偏移、失焦、像散、慧形像差和球面像差。所述像差是在像场上出现的成像线宽变化的重要原因。在像场内的不同点处的成像线宽恒定是重要的。如果线宽变化大，在衬底的质量检查期间，在其上投影像场的衬底会被丢弃。使用诸如相移掩膜或轴外照明的技术，波前像差对于成像线宽的影响会进一步增加。
在透镜元件的制造过程中，测量透镜元件的波前像差和使用测量结果来调整该元件中的像差，或如果质量不合格甚至丢弃该元件是很有利的。当将透镜元件组合在一起以形成投影系统时，需要再次测量投影系统的波前像差。这些测量可被用于调整投影系统中某些透镜元件的位置以便最小化投影系统的波前像差。
在已经将投影系统置入平版印刷投影装置中后，会再次测量波前像差。此外，由于在投影系统中波前像差随时间改变，例如，由于透镜材料的老化或透镜热效应(透镜材料的局部加热)，需要测量在装置的操作期间在某些时刻的像差，并相应调整某些可移动透镜元件，以便最小化波前像素。在其上发生透镜热效应的短时标要求频繁地测量波前像差。
在Optical Microlithography XIII，编辑J.Progler，SPIE的会议录，卷4000，1245-1249(2000)，P.Venkataraman等人的“Aberrations of steppers usingPhase Shifting Point Diffraction Interferometry”中，描述了使用干涉测量系统来现场测量平版印刷投影装置的投影系统的波前像差的用法。在2000年8月8日出版的P.P.Naulleau等人的美国专利No.6,100,978中公开了一种相移点衍射干涉测量(phase shifting point diffraction interferometry)方法和相应的系统，在此引入以供参考。在下文中，相移点衍射干涉测量方法和相应的测量系统分别被称为PSPDI方法和PSPDI系统。所公开的PSPDI系统具备下述元件，按照投影光束穿过这些元件的顺序来描述它们：物体平面中的第一针孔；物体平面和投影系统之间的光栅(具有线和间隔的一维周期性结构)，用于通过衍射生成测试光束和参考光束；投影系统以及与物体平面光学共轭的平面中的一组两个针孔，包括窗口针孔(由测试光束穿过)和参考针孔(由参考光束穿过，并充当用于生成无像差的参考光束的空间滤光器)。测试光束和参考光束在两个针孔组的下游的检测器表面上生成干涉条纹。该干涉条纹图案具有关于波前像差的信息。通常具体化为载体衬底的平面表面上的光栅图案的光栅作为分束器；光栅通常位于所述物体平面的下游，诸如提供在与物体平面光学共轭的平面中参考光束和测试光束穿过的区域的足够横向间隔。另外，光栅可在垂直于投影光束的传播方向的方向上移动，诸如当测量像差需要时，提供相对于与检测器表面相关的坐标系统，干涉条纹图案的“相移”(如下所述)。
所述干涉条纹图案的相移包含相对于所述坐标系统移动干涉条纹图案。对于有关干涉的“相移”的说明，参见例如D，Malacare，“Optical Shop Testing”，John Wiley&Sons，INc.，New York，第二版。在下文中，将移动光学元件(诸如例如光栅)以提供相移称为“相位步进(phase stepping)”。在下文中，将有限移动光学元件(诸如例如光栅)以提供所述干涉条纹图案的有限相移称为“相位阶跃(phase step)”。
在平版印刷投影装置中的PSPDI系统的实施例除用于支撑成形结构的支撑结构和用于保持衬底的衬底台外，还包括一个或多个专用的、可移动支撑结构，用于支撑光栅和/或用于将光栅移进和移出投影光束和/或用于相位步进该光栅。将这些一个或多个专用支撑结构包含在平版印刷投影装置中导致增加机械复杂性以及增加制造平版印刷投影装置的成本。另外，如上所述，在PSPDI系统中，照射在检测器上的每单个光束(测试光束和参考光束)已经穿过两个针孔，投影系统的上游的一个针孔和投影系统的下游的一个针孔。通常用于PSPDI的这一情况对到达检测器的辐射量造成限制，因此，对测量系统的灵敏度造成限制。美国专利No.6,650,699针对平版印刷投影装置中的这些问题，包括：照明系统、用于保持掩膜的支撑结构、用于保持衬底的衬底台、用于将图案投影到衬底的目标部分上的投影系统以及用于测量投影系统的波前像差的干涉测量系统，特征在于，所述干涉测量系统包括：光栅，特征在于光栅平面中的光栅图案，光栅可移进和移出投影光束，这样光栅平面基本上与物体平面重合；针孔，特征在于针孔平面中的针孔图案并安置在针孔板中，针孔可移进和移出投影光束，这样针孔平面基本上与投影系统的下游平面重合并与物体平面光学共轭；以及检测器，具有基本与检测平面重合的检测器平面，检测平面位于针孔的下游，在投影光束的电场幅度的空间分布实际上是针孔平面中的投影光束的电场幅度的空间分布的Fourier变换的位置。
美国专利No.6,323,959(Toyama等人)描述了接收彩色图像数据并将其转换成青、品红、黄和黑像差校正的图像数据，并在图像形成所需的色彩校正后，对图像数据执行各种图像数据处理的图像处理器。接收的彩色图像数据经受色彩校正以便改善对色彩文档图像的图像处理的精度。图像数据处理包括，例如确定指定的色彩文档、自动色彩选择和放大率改变。系统通过使用输出对应于多种色彩的图像信号的彩色图像传感器、将图像光学聚焦在所述彩色图像传感器上的光学系统、校正从所述彩色图像传感器接收的图像信号以消除由所述光学系统的色差引起的色彩的光学图像的焦点移动的色差校正器，以及改变由所述色差校正器校正的图像信号的放大率的放大率改变器进行操作。这主要是试图校正由光学透镜引起的色差，在主扫描方向上，在越接近文档未端的位置，R、G和B间的相位差越大。
当利用光电照相术成像系统印刷彩色图像时，通常存在需要被组合成一种全色相片的四种不同的单色。用在这一过程中的主要减色是青、品红和黄。因为通过组合所有三种主要色彩形成的“处理”黑通常不是可接受的黑，通常使用第四种色彩(黑)，以及全色印刷机用青、品红、黄和黑(C，M，Y和K)印刷。
在大多数的彩色印刷系统中，使用串列方法，由此组合四个单独产生的单色图像(希望良好地对准)以形成全色相片。可以用同一扫描设备(4通系统)形成四个主要图像的每一个，或使用单独的扫描仪(用于4种彩色图像的4个扫描仪)来形成每一个，在这种情况下，该系统称为1通系统。
当使用不同扫描仪时(如在一通系统中)，必须注意确保所有四个扫描仪的成像特征相同。具体地，四个扫描仪的每一个的焦点必须以相同(或接近相同)的方式沿扫描路径通过，这意味着在所有扫描仪中，光点的速度是恒定的，或者对于所有四个扫描仪来说，在扫描过程中光点的速度变化是相同的。
例如，如果用极佳的线性扫描仪(在扫描过程中光点速度恒定)来记录黄色单色图像，而用光点速度不是很恒定的扫描仪来记录青色图像，那么在彩色相片中将存在黄色图像和青色图像错误对准的区域和黄色图像和青色图像良好对准的相关区域。因此，有兴趣知道扫描仪沿其扫描线的光点速度，以及更具体地说，精确地知道当存在扫描仪非线性时每个像素将被写在何处。
用于确定扫描仪线性行为的一种公用方法是将图像写在接收器材料上(诸如纸)，然后测量图像以确定是否正确地放置了沿扫描线的所有像素，或者是否一些像素未被正确放置。这种测量单调并且要求整个印刷系统产生可测量相片。
要求使用高质量玻璃折射透镜以最小化要求高质量、高分辨率图像的系统中的像差。这些透镜非常昂贵，特别是对大批量生产的成像系统。然而，当使用塑料透镜时，产生的像差的程度极其显著。在实际图像中，通常找到5-10像素大小的像素偏移。这对高质量图像来说是不可接受的，但用来在已经形成价格竞争的市场中使系统成本高效，如在光电照相成像系统中。
发明内容
一种用于测量沿扫描线的光点线性和相关像素布置误差的方法，包括：沿扫描仪(透镜在适当的位置)的扫描线移动至少两个分离检测器，以及使用已知的并且最好是固定的物理关系(例如分离)来基于图像数据输入，响应期望位置来映射光点和/或像素的位置；沿整个扫描线将实际位置与期望位置进行关联；以及通过将原始数据转换成将在实际所要的位置提供光点的转换后的扫描输入数据，提供一个基础，用于在后续成像中，提供在扫描线上适当定位的光点。
附图说明
图1示出具有用来提供扫描仪信号的映射作为时间的函数的单个扫描仪的现有技术测量系统。
图2示出沿扫描线放置的一对分离检测器。
图3示出在本发明的测量系统中，沿扫描线的一对分离检测器的移动。
图4示出在聚焦线(扫描线)上扫描速度作为像素位置的函数的图。
图5示出图4的图上的施加趋势线。
图6示出扫描线的速度作为像素位置的函数的合理化图。
图7示出相对于一系列像素，按照±像素位置的倾斜位置的图。
图8是激光扫描仪线性测量装置的概述。
图9示出用在根据本发明的测量系统中的一种可能的光电检测器结构。
图10示出沿扫描线，相对于单个像素的分离检测器的细节。
图11示出能够连接到本发明的测量系统的电子部件的差动放大器的示意图。
图12示出从根据本发明的测量系统所做的测量导出的脉冲宽度相对于扫描位置的图示。
图13示出歪斜校正的脉冲宽度误差相对于位置的图示。
图14示出像素中的线性误差作为像素位置的函数。
具体实施方式
意识到利用单透镜系统，像素位置的偏差(给定不变或无缺陷输入参数)主要是透镜缺陷的结果很重要，特别是当使用更不精确的聚合透镜(polymericlenses)或较差抛光的玻璃透镜时。在成像系统内透镜也相对稳定，于是一旦透镜被固定在成像系统内，像素定位的偏差相对恒定。即，如果像素打算用于图形位置(x，y)以及第一时刻定位的实际结果是(x′，y′)，在第二时刻所需图案位置(x，y)的结果将导致(x′，y′)的结果定位。关键的复杂性在于，基本上对于沿扫描线的所有可能的成像位置(光点位置)，创建结果位置与预期位置的精确映象，然后产生将在预期位置产生光点或像素的实际扫描定向的光点或像素的映象。使用单个检测器不提供有效、一致且精确的结果。所关心的是注意到在本发明中使用多个检测器不仅仅将可用数据乘以2以产生改进的结果，而是生成更精确和容易被转换成可被用于提供沿扫描线光点的精确定位的数据库、程序、查找表等的不同类型的数据。
用于在根据本发明的扫描系统中，测量线性光点速度或位置变化的方法可以包括：
a)提供能够在扫描线上一前一后地移动的至少两个辐射检测器(非穷举，通过在固定支撑或平台上承载，可以使检测器分开距离或固定距离d)；
b)将至少两个辐射检测器放在扫描线上的第一点处；
c)利用(检测器对其敏感或可以测量和/或检测的)扫描辐射扫描所述至少两个辐射检测器，并记录两个检测器沿扫描线的位置和当至少两个辐射检测器位于第一点处时，扫描辐射从至少两个辐射检测器的第一个扫描到至少两个辐射检测器的第二个所用的时间；
d)将至少两个辐射检测器移动到扫描线上的第二点，保持至少两个辐射检测器之间的距离d不变；以及
e)再次利用扫描辐射扫描至少两个辐射检测器，并记录两个辐射检测器沿扫描线的位置和当至少两个辐射检测器位于第二点处时，扫描辐射从至少两个辐射检测器的第一个扫描到至少两个辐射检测器的第二个所用的时间。该方法通常在扫描线上重复步骤d)和e)以便生成用于整个扫描线的数据。在其它最终结果中，能使用该方法来提供电子查找表，用于将光点速度误差(或任何其它光点定位误差或它们的等效)识别为沿扫描线的光点位置的函数。该方法可以使用趋势线来确定或校正将输入电子查找表中的数据，以便从除透镜像差之外的源识别数据误差。趋势线可被用于在将数据放入查找表之前校正数据。在一个优选实施例中，至少两个检测器包括两个分离检测器，由刚性平台支撑同时移动。在本发明的便利实施中，第一点和第二点之间的距离大约为d。非穷举地，所记录的信息用来确定扫描系统中使用的特定透镜沿扫描线的光点布置误差的透视图(perspective)、曲线图或表。一个透镜的记录信息可以与至少一个其它透镜的记录信息进行比较。基于光学性能的类似性，可以选择或丢弃被比较的透镜，用于组合到多色串列扫描成像系统中。
还公开了一种用于测量扫描系统中的线性像素偏移误差的装置，包括：
提供沿扫描线的扫描辐射的扫描源；
能在扫描线上一前一后地移动的至少两个辐射检测器，所述至少两个辐射检测器分开距离d；以及
处理器(例如，微型处理器、安装的微型处理器、远端计算机等等)，从至少两个辐射检测器收集检测数据。该装置可以将至少两个辐射检测器提供为至少两个分离检测器。不必使用超出两个的多个检测器，但可以提供附加结果，特别是如果它们与至少两个检测器同轴或者一个其它的检测器离轴预定量。该装置可以向处理器提供能够修改用于由除透镜像差以外的影响引起的数据中的光点定位缺陷的检测数据的程序。该系统、装置和方法与其中扫描辐射在到达扫描线的焦平面之前穿过透镜的扫描系统一起使用特别有利。
参考图1中的现有技术测量系统20将有助于理解本发明与现有技术的差异以及理解本发明的系统如何执行。图1中的系统20包括扫描仪2、最左端激光扫描束4、最右端激光扫描束6、扫描范围角8、扫描线10和单个检测器12。通过用(例如，在最左端扫描束4处或之前生成的)线起始信号，触发测量系统20并以小增量沿扫描线10移动检测器12来执行扫描仪2线性的测量。当检测器12沿扫描线10移动时，检测器记录线起始信号和检测器12之间的聚焦光点移动时间。这提供有关沿扫描线10的像素位置误差的信息。该系统的优点在于不需要记录和提供用于测量的相片。该方法的缺点在于，必须知道检测元件在沿扫描线的所有点处像素的几分之一内的实际位置，否则所收集的数据将不是实际扫描仪线性信号的精确表示。
根据本发明的扫描仪线性测量系统使用至少两个检测器，诸如图2的检测器系统(或检测头)50中所示的分离检测器54和52。沿扫描线56分布和移动两个检测器54和52。检测器52被示出为具有与第二检测子元件60相邻的第一检测子元件58的分离检测器。检测器54被示出为具有与第二检测子元件64相邻的第一检测子元件62的分离检测器。
图3示出检测头50沿扫描线80的定位，沿该扫描线激光在方向78进行扫描。图2中的系统50包括扫描仪82、最左端激光扫描束84、最右端激光扫描束86、扫描范围角88、扫描线80和单个检测头50。通过沿扫描线80移动检测头50来执行扫描仪82线性的测量。检测头50被置于扫描线80的最佳焦点位置(沿焦平面)，并以粗略等于检测器之间的间距的增量沿扫描线80改址(index)。可以使用其它增量并包含在数据的计算中。
在预编程位置停止检测头，每个检测器在已知间隔(这很容易地通过使两个检测器处于沿扫描线移动的刚性平台上来实现)。在这些预编程位置的每一个处，测量和记录光点从检测器1(52)移动到检测器2(54)的平均经过时间。在本发明的测量系统的例子中，相隔5.5mm(内缘到内缘)放置检测器，以及每次记录测量时，检测头被移动5.5mm。沿187mm的扫描线，测量和记录总共34个数据点。在表1中示出了原始数据，列1和3为沿扫描线的距离位置，而列2和4为按微秒从检测器1到检测器2的经过时间。
表1
| 距离(英寸) | 时间(μsec) | 距离(英寸) | 时间(μsec) |
| 0 | 0 | ||
| 0.2225 | 13.196 | ||
| 0.445 | 13.314 | 4.005 | 13.104 |
| 0.6675 | 13.367 | 4.2275 | 13.098 |
| 0.89 | 13.339 | 4.45 | 13.111 |
| 1.125 | 13.275 | 4.6725 | 13.109 |
| 1.335 | 13.233 | 4.895 | 13.087 |
| 1.5575 | 13.22 | 5.1175 | 13.05 |
| 1.78 | 13.228 | 5.34 | 12.997 |
| 2.0025 | 13.247 | 5.5625 | 12.921 |
| 2.225 | 13.273 | 5.785 | 12.852 |
| 2.4475 | 13.298 | 6.0075 | 12.795 |
| 2.67 | 13.31 | 6.23 | 12.752 |
| 2.8925 | 13.301 | 6.4525 | 12.738 |
| 3.115 | 13.265 | 6.675 | 12.743 |
| 3.3375 | 31.211 | 6.8975 | 12.766 |
| 3.56 | 13.16 | 7.12 | 12.771 |
| 3.7825 | 13.13 | 7.3425 | 12.704 |
在图4中示出了这一数据的曲线。理论上，好的扫描仪将产生均匀的相同时间测量结果，指示扫描仪从点1(检测器1)移动到点2(检测器2)的时间是相同的，或者如果检测器不完全沿焦平面移动，则线性减少或增加时间值，这是因为两个检测器之间的固定和恒定间隔。在这种情况下，至少因为扫描仪透镜的像差，扫描仪显示出沿扫描线精度的显著变化(如通过两个点之间的速度测量的)。好的线性扫描仪将产生图示为水平直线的数据。
为了消除由测量系统引入的任何测量误差(例如，诸如不是精确地与扫描线平行的检测器运动或相对于扫描线歪斜的检测器对准)，可以数学计算趋势线。例如，图5示出由Excel软件程序产生的趋势线(尽管校正的软件操作和软件执行非线性，执行生成线性趋势线方程y＝-0.0164x+13.147的算法，即，可以提供指数校正函数或趋势线)。可以看出，趋势线不是水平的(由于趋势线必须达到基本上为水平直线，它必定是水平的)。因此，可以假定测量系统将一些误差强加在数据集中。为了校正这种状况(如果需要的话)，在逐个点基础上，仅从原始数据中减去趋势线数据。当通过减去趋势线值完成这一趋势线调整时，提供如图6所示的结果曲线。因为产生趋势线数据的方式，在曲线下并在X轴上的区域必须等于在曲线下并在X轴下的区域。
如由这一数据所示，在所使用的商业扫描系统和透镜的操作中，由于等于数据中所示的光点速度变化的透镜系统中的像差，在实际操作中将沿扫描线存在许多错放的像素。为了使这一数据有用，通过将绝对时间除以每英寸600点(dpi)的每像素的时间，将光点速度转换成“像素误差”。在我们的例子中该值是每像素48.6毫微秒(ns)。该数据
扫描率＝3000行/秒
扫描仪占空比＝70％
扫描仪分辨率＝600dpi，8″扫描宽度
像素/扫描线＝8″×600像素/英寸＝4800像素
8″扫描时间＝1/3000ps×0.7＝233.33×10-6
8″扫描时间/像素/扫描线＝像素周期＝48.6×10-9秒
能被绘制成累积像素误差相对沿扫描线的位置。该图(如图7所示)用于比较不同扫描仪作为单个四色打印机中的配对扫描仪的适用性。为了适当地成对，两个扫描仪必须具有指定系统登记允许内的大约相同的像素误差值(沿扫描的任何给定点处)。如果不同扫描仪的累积误差曲线实质上相同或落在预定变化范围内，特别是沿扫描线(例如在任何点处，改变不超出例如±2个像素)，可以将它们视为适合组合用于多色打印机中。术语“适合配对”透镜或用于“实质上相同”的适用性的标准有些依赖于将提供的图像的最终格式和在该最终格式中对于分辨率的特定要求。例如，用在用于专业放映的高架投影仪图像中的分辨率需要远高于孩子自制的生日请帖所需的分辨率，因此，后者中分辨率的可容许变化高于前者的可容许变化。然而，即使给定可变需求的这一可能性，本领域的技术人员能理解有关基于实际上相同的标准来选择用于最终格式的兼容透镜的决定。这一标准的可能最宽的概念将是选择透镜组(例如，两个、三个或四个透镜)，其中在四个透镜中的任何点处的像素偏差不超出±4个像素。对于日益增多的高分辨率需要，在四个透镜中任何点处的像素偏差应当不超出±3个像素、±2个像素或±1个像素。
图7中的曲线示出在扫描2英寸的点处，存在实际写入标志相对于来自理想线性扫描仪的期望结果有+6个像素位置误差。在不测量任何相片并不使用任何实时参考，诸如来自扫描仪的线起始信号的情况下，进行这些测量。
图8示出在本发明的一个透视图中，激光扫描仪线性测量装置100的一般示意图。装置100包括激光源102、准直透镜104、具有被准直辐射光束112碰撞并以角110反射以形成激光扫描束114的一个表面108的光束引导元件106(在此被示出为旋转六边形反射镜)。该激光扫描束114进一步由Fθ透镜116聚焦到焦平面118上。示出检测头120具有在焦平面118上的两个分离检测器122、124。还示出了扫描方向126。示出了线同步检测器128。这是感应激光束的位置的光电二极管。来自线同步检测器128的信号(在短的延迟后可以)启动生成将被加到通常是光电接收器的焦平面118上的图像数据线。通常由电子子系统基于晶体振荡器将图像数据的生成和放置电同步到线起始(扫描线)。当光束在扫描线上扫描时，晶体振荡器(未示出)及时固定像素位置。如果光点速度在扫描中总是恒定的，而不是由于透镜像差和装置的其它机械事实，仅这一系统就足够了。由于装置光学系统中的缺陷(通常来自Fθ透镜中的缺陷)，根据扫描仪的光学质量，改变光点的速度的影响能产生达几个像素大小的像素偏移。激光光点的速度变化在单色(例如仅黑色)打印机或多通彩色打印机(在所有图像上使用同一激光成像透镜)中通常不是问题。然而，在为了记录分离(但覆盖)的彩色图像的目的而使用多于一个扫描仪的串列激光彩色打印机中，如果不同扫描仪的非线性特征显著不同，图像重合失调将发生或被放大。能够测量给定扫描仪的非线性允许选择相等非线性的相似扫描仪，否则允许对每个扫描仪生成电子校正(例如，软件、查找表、校正表)，以便使来自数据的它们的有效光点位置性能相似。
在图9的另一格式中示出了线性测量系统200。图9示出从右到左方向210扫描的激光光束202，首先经过检测器204，然后经过检测器206。利用电子计数器/定时器(未示出)测量激光束202从检测器1 204移动到检测器2206(距离d 208)所用的时间并记录。然后，支撑两个检测器204和206的平移台216在扫描方向上移动距离d 208(可以使用其它距离，但为简化起见，也将检测器之间的距离用作步距)，并测量和记录下一扫描段时间。在当前时间，检测器平台218(由此两个检测器204、206)沿扫描线焦平面212移动的距离d 208等于检测器204、206之间的间隔。重复该顺序步骤(扫描、位置检测和另一增量d的移动级)直到测量和记录整个扫描长度。在扫描仪系统的控制下，可以对可用的每个可能光点位置执行该操作，或系统可以从这些数据点的合理数目推断(例如从1/10、1/5、1/4或1/2光点)。与记录的段的平均时间的时间偏差与扫描仪的非线性有关。为了计算像素误差，将段的时间偏差除以像素时间周期以便产生像素中的段误差。然后相对于时间绘制或制表结果段时间误差。通过来自线同步检测器的可调节时间延迟来控制扫描线的第一像素(检测器1 204的开始位置)，因此，对于每次扫描，第一像素位置的误差是或被假定为0。上述技术假定1)平移台良好地经过焦平面移动检测器，以及2)没有检测器的旋转歪斜。通过数学校正和测量系统可分别校正这些因素。
图10示出本发明的两个分离检测器312、314。该装置的一个实施例的相关电子器件如图11所示。每个分离检测器312、314由一对单独的检测器(302a，302b)以及(304a，304b)组成。选择分离检测器，因为它们能检测沿扫描线320的激光光点308位置，而与由激光强度变化引起的误差无关。仅要求每个分离检测器(302a，302b)以及(304a，304b)的两个半部分之间的距离316小于激光光点310的直径。在我们的测量系统中，分离检测器具有约20微米的间距，而在600dpi的激光光点约为43微米。
图12示出测量的脉冲宽度相对于扫描位置的图。由如上所述的两个源误差1)和2)引起数据的歪斜。将数据记录到Microsoft Excel电子数据表格程序中并用其绘图。由Excel程序生成和绘制线性趋势线及其相关的等式。然后从实际脉冲宽度图中减去趋势数据线，并将结果绘制成如图13所示。最后，通过将脉冲宽度误差的值除以像素时钟周期来计算像素中的误差。因为该分析查看相对于起始像素位置(定义为0误差)的误差，误差被示出为累积像素误差。即，这是测量如果在扫描过程中以像素频率放置像素，则该图示出在没有像素扰动时，相对于理论上的预测位置实际像素位置如何精确。正误差被定义为比理论上预测的进一步沿扫描线的位置中的像素布置。图14示出线性误差相对于非光学最佳的扫描仪的扫描位置的图。
一旦以适当的单位记录数据，可以将电子查找表或其它软件输入到扫描仪系统中以校正光点速度的已知光学缺陷。将该表与将成像的每个期望光点位置进行比较，并根据需要将校正应用于来自扫描仪的每个光点方向。根据查找表中的精度和细节，可以实际上消除并且总是减小扫描线上的光点速度的变化。
Claims (20)
1.一种用于测量扫描系统中的线性光点速度或位置变化的方法，包括下列步骤：
a)提供可在扫描线上一前一后移动的至少两个辐射检测器，所述两个辐射检测器分开距离d；
b)将所述至少两个辐射检测器置于扫描线上的第一点处；
c)利用扫描辐射扫描所述至少两个辐射检测器，并记录所述两个检测器沿所述扫描线的位置，以及当所述至少两个辐射检测器位于所述第一点时所述扫描辐射从所述至少两个辐射检测器的第一个扫描到所述至少两个辐射检测器的第二个所用的时间；
d)将所述至少两个辐射检测器移动到扫描线上的第二点，保持所述至少两个辐射检测器之间的距离d；以及
e)再次利用扫描辐射扫描所述至少两个辐射检测器，并记录所述两个检测器沿所述扫描线的位置，以及当所述至少两个辐射检测器位于所述第二点时所述扫描辐射从所述至少两个辐射检测器的第一个扫描到所述至少两个辐射检测器的第二个所用的时间。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在所述扫描线上重复步骤d)和e)。
3.如权利要求1所述的方法，其中，提供电子查找表，将光点速度误差识别为沿所述扫描线的光点位置的函数。
4.如权利要求2所述的方法，其中，提供电子查找表，将光点速度误差识别为沿所述扫描线的光点位置的函数。
5.如权利要求4所述的方法，其中，确定用于将被输入到电子查找表中的数据的趋势线，以便从除透镜像差之外的源识别数据误差。
6.如权利要求5所述的方法，其中，使用所述趋势线以在将所述数据放入所述查找表之前校正所述数据。
7.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少两个检测器包括移动并在刚性平台上支撑的两个分离检测器。
8.如权利要求2所述的方法，其中，所述第一点和第二点之间的距离约为d。
9.如权利要求2所述的方法，其中，使用所记录的信息来确定对于所述扫描系统中使用的特定透镜沿所述扫描线的光点布置误差的透视图。
10.如权利要求4所述的方法，其中，使用所记录的信息来确定对于所述扫描系统中使用的特定透镜沿所述扫描线的光点布置误差的透视图。
11.如权利要求2所述的方法，其中，将对于一个透镜的记录信息与对于至少一个其它透镜的记录信息进行比较。
12.如权利要求4所述的方法，其中，将对于一个透镜的记录信息与对于至少一个其它透镜的记录信息进行比较。
13.如权利要求11所述的方法，其中，基于光学性能的相似性，选择或拒绝所比较的透镜，用于组合到多色串列扫描成像系统中。
14.如权利要求12所述的方法，其中，基于光学性能的相似性，选择或拒绝所比较的透镜，用于组合到多色串列扫描成像系统中。
15.一种用于测量扫描系统中的线性像素偏移误差的装置，包括：
沿扫描线提供扫描辐射的扫描源；
至少两个辐射检测器，能够在扫描线上一前一后地移动，所述两个辐射检测器分开距离d；以及
处理器，从所述至少两个辐射检测器收集检测数据。
16.如权利要求15所述的装置，其中，所述至少两个辐射检测器包括两个分离检测器。
17.如权利要求15所述的装置，其中，所述处理器包含一种程序，该程序能够修改用于受到除透镜像差之外的影响的数据中的光点定位缺陷的检测数据。
18.如权利要求15所述的装置，其中，扫描辐射在其到达所述扫描线的焦平面之前穿过透镜。
19.如权利要求16所述的装置，其中，扫描辐射在其到达所述扫描线的焦平面之前穿过透镜。
20.如权利要求17所述的装置，其中，扫描辐射在其到达所述扫描线的焦平面之前穿过透镜。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080130 Termination date: 20091201 |