CN1667377A - 测量扫描光的束斑的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

为了测量被光扫描设备以第一速度在第一方向上第一范围内偏转的光束的特性,提供了形成有至少一个缝隙的平板,该缝隙在与第一方向成一定角度的方向延伸并具有恒定的宽度。以足够低于第一速度的第二速度在第一方向上第一范围内移动平板。每当偏转光束穿过正在移动的缝隙时,检测通过缝隙的光的光功率的峰值,由此获得第一方向上多个位置处的峰值。在屏幕上共同显示峰值,显示的方式是屏幕上的位置对应于第一方向上的位置。

Description

测量扫描光的束斑的方法和装置
技术领域
本发明涉及测量扫描光的束斑的方法和装置;更具体地,涉及能够连续测量并显示在主扫描方向和光前进方向上改变的诸如束斑形状之类的扫描光特性的方法和装置。
背景技术
下面是公知的测量诸如束斑形状之类的扫描光特性的技术。
Melles Griot Inc.制造的“Beam Alyzer”已经上市了,其中在转筒上提供刀口,基于入射光束经过刀口时的光能变化,来测量束斑的截面图和光斑大小。Photon Inc.制造的“光束扫描”也已上市,其中通过转筒上提供的狭缝类似地测量入射光束的聚焦条件。
但是,这些装置只能测量稳定光束。另外,如果稳态和扫描态之间的光斑形状不同,则不能获得精确的结果。例如,如果在光偏转器(一种光扫描设备)中使用动态压力轴承电机,则轴在稳态与旋转态中的姿式实际上并不一样。而且,在传感器的光接收部分,精确定位光束的机制是必需的,并且需要一段时间用来执行定位操作。
日本专利公开No.53-31147A公开了一种扫描光学系统,其中光束以不垂直于副扫描方向的角度入射到多面镜上。在这种光学系统中,光束趋于扭曲。
日本专利公开No.64-13514A教导:使用在副扫描方向延伸的垂直缝隙和向平行于扫描线的方向倾斜的斜缝隙来测量主扫描方向和副扫描方向上的光斑大小。
日本专利公开No.6-70583B教导:使用三个缝隙计算长轴直径、短轴直径和倾斜角度,其中所述三个缝隙包括一个垂直缝隙和两个斜缝隙。其基于束斑是椭圆的假设。
日本专利No.2876650公开了:使用三个缝隙同时计算椭圆束斑的倾斜角度以及在主扫描方向和副扫描方向上的尺寸,其中三个缝隙包括在副扫描方向延伸的垂直缝隙和两个斜缝隙。还公开了:提供两个垂直缝隙以计算扫描速度,扫描速度将被用来计算光斑大小。还公开了两个缝隙的组合,这两个缝隙都具有垂直边和斜边。
日本专利公开No.3050996公开了:使用在副扫描方向延伸的缝隙测量主扫描方向上的光斑大小以及扫描速度。还公开了:使用两对缝隙测量副扫描方向上的光斑大小,其中两对缝隙略偏离主扫描方向。这里,缝隙的延伸方向与光束的扫描方向一致。还公开了:提供在两个方向延伸的一对斜缝隙,以消除由扫描线和缝隙形成的角度误差所造成的影响。没有考虑椭圆光斑的倾斜角度。
日本专利公开No.6-118329A公开了:使用一维线性阵列CCD传感器测量扫描线间距的不规则性。
日本专利公开No.2000-292308A公开了:使用三角形缝隙测量副扫描方向上扫描线位置的波动。
此外,使用功率计测量光功率是公知的。但是,在这种情形中,在传感器的光接收部分,精确定位光束的机制也是必需的,并且需要一段时间来执行定位操作。
在电子摄影中,为了执行灰度记录,用半色调点的大小或者线的粗细表示密度的变化。在前一种情形中,在斜方向规则排列点。在后一种情形中,使用平行于既非主扫描方向也非副扫描方向的方向的斜线。如果要执行多色印刷,则点阵或线的方向逐色变化。
在这种情形中,如果几乎椭圆聚焦的光斑(束斑)倾斜,则在倾斜角度接近点阵或线的角度时,密度趋于增加,而当倾斜角度变为不同方向时,密度趋于减小。当聚焦光斑的倾斜角度基于主扫描方向上的位置而改变时,密度或色调基于倾斜角度的变化而变化。如果在半色调图像中两种颜色彼此重叠,则当两种颜色的栅网方向(点阵或线的方向)彼此不同时,基于椭圆光斑的长轴的倾斜,一种颜色变暗而另一种颜色变亮。当椭圆光斑的长轴方向的倾斜基于主扫描方向上的位置而改变时,半色调图像的颜色基于该位置而改变。相对于单色的密度变化,人类眼睛对于色彩(色调/色彩)变化更敏感。由于这一原因,必须连续估计主扫描方向上椭圆光斑的长轴的倾斜角度。
在上述现有技术中,可以在主扫描方向的特定位置中测量光斑的倾斜角度,但是不能在整个主扫描方向上执行连续估计。即使提供了多个测量点,测量也需要长时间。即使在数量上获得了测量数据,但是因为仅仅列举了数字数据,所以也难以直觉且直观地识别有问题的情况。另外,不能一次测量大量测量项。
发明内容
因此,本发明的目的是提供用于连续测量诸如束斑形状之类的聚焦条件的方法及装置。
为了达到上述目的,根据本发明,提供了一种测量方法,包括如下步骤:
提供光扫描设备,可操作来以第一速度在第一方向上第一范围内重复地偏转光束;
提供形成有至少一个缝隙的平板,该缝隙在与第一方向成一定角度的方向延伸并具有恒定的宽度;
以第二速度在第一方向上第一范围内移动平板,其中该第二速度足够低于第一速度;
每当偏转光束穿过正在移动的缝隙时,检测通过缝隙的光的光功率的峰值,由此获得第一方向上多个位置处的峰值;和
将峰值共同显示在屏幕上,显示的方式是屏幕上的位置对应于第一方向上的位置。
优选地,缝隙的宽度窄于由偏转光束入射到平板上所形成的束斑在第一方向上的尺寸。这里,缝隙在垂直于第一方向的方向上延伸。利用这种配置,可以连续测量第一方向上束斑的聚焦条件。
优选地,平板上形成有在彼此不同的方向上延伸的多个缝隙。这里,这些缝隙中每个的宽度都窄于由偏转光束入射到平板上所形成的束斑在第一方向上的尺寸。利用这种配置,可以连续测量在相对于第一方向倾斜的方向上束斑的聚焦条件。
优选地,缝隙的宽度宽于由偏转光束入射到平板上所形成的束斑在第一方向上的尺寸。这里,缝隙在垂直于第一方向的方向上延伸。利用这种配置,可以连续测量束斑在第一方向上的光功率分布。
根据本发明,还提供了一种测量方法,包括如下步骤:
提供光扫描设备,可操作来以第一速度在第一方向上第一范围内重复地偏转光束;
提供形成有至少一个缝隙的平板,该缝隙在与第一方向成一定角度的方向上延伸并具有恒定的宽度;
以第二速度沿着第一范围内特定位置处的光扫描设备或偏转光束的光轴移动平板,其中该第二速度足够低于第一速度;
每当偏转光束穿过正在移动的缝隙时,检测通过缝隙的光的光功率的峰值,由此获得第一方向上多个位置处的峰值;和
将峰值共同显示在屏幕上,显示的方式是屏幕上的位置对应于第一方向上的位置。
利用这种配置,可以连续测量光扫描设备光轴方向或者光束轴方向的束腰位置。
在上述方法中,优选地,基于同步信号来偏转光束并参考该同步信号共同显示峰值。
在上述方法中,优选地,第一速度低于光扫描设备在实际使用中偏转光束的速度。
根据本发明,还提供了一种用于测量光束特性的装置,其中以第一速度在第一方向上第一范围内由光扫描设备重复偏转该光束,该测量装置包括:
平板,具有与光扫描装置相对的第一面,并且形成有至少一个缝隙,该缝隙在与第一方向成一定角度的方向上延伸并且具有恒定宽度;
光传感器,被放置为与平板的第二面相对,其中第二面与第一面相反;
驱动器,以足够低于第一速度的第二速度在第一方向上第一范围内整体移动平板和光传感器,从而每当偏转光束穿过正在移动的缝隙时,通过缝隙的光的光功率的峰值由此导致光传感器输出第一方向上多个位置处的峰值;和
显示器,具有适于参考同步信号共同显示从光传感器发送的峰值的屏幕,显示的方式是屏幕上的位置对应于第一方向上的位置。
根据本发明,还提供了一种用于测量光束特性的装置,其中以第一速度在第一方向上第一范围内由光扫描设备重复地偏转该光束,该测量装置包括:
平板,具有与光扫描装置相对的第一面,并且形成有至少一个缝隙,该缝隙在与第一方向成一定角度的方向上延伸并且具有恒定宽度;
光传感器,被放置为与平板的第二面相对,其中第二面与第一面相反;
驱动器,以足够低于第一速度的第二速度沿着第一范围内特定位置处的光扫描设备或偏转光束的光轴整体移动平板,从而每当偏转光束穿过正在移动的缝隙时,通过缝隙的光的光功率的峰值由此导致光传感器输出第一方向上多个位置处的峰值;和
显示器,具有适于参考同步信号共同显示从光传感器发送的峰值的屏幕,显示的方式是屏幕上的位置对应于第一方向上的位置。
根据本发明,可以连续且直观估计在扫描范围内被扫描的光束的束斑形状。最终,可以使用单个设备评价光扫描设备的特性。
附图说明
通过参考附图详细描述本发明优选的示例性实施例,本发明的上述目的和优点将变得更加清楚,其中:
图1是根据本发明第一实施例的测量装置的示意图;
图2A至图2C是用于解释图1所示装置的测量原理的图;
图3示出了扫描光被偏转一次时的测量结果的时序;
图4示出了扫描光被偏转多次时的测量结果的时序;
图5示出了光学系统包括缺陷时的测量结果的时序;
图6是根据本发明第二实施例的测量装置中带缝平板的平面图;
图7A-7C和图8A-8B是用于解释束斑的倾斜角度连续变化时测量结果的图;
图9A至图9B是用于解释束斑的倾斜角度不变时测量结果的图。
图10以时间序列方式示出了图8A至图9B所示信号的时序;
图11A和图11B是用于解释根据本发明第三实施例的测量装置的测量原理的图;
图12示出了在图11A的装置中获得的测量结果的时序;
图13是根据本发明第四实施例的测量装置的示意图;
图14是用于解释图13的装置的测量原理的图;
图15是图13的测量装置的改进示例的示意图;
图16是图6的带缝平板的改进示例的平面图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述本发明的实施例。
图1示出了本发明的第一实施例,这是一种测量扫描光束聚焦条件的装置。在该实施例中,光扫描设备100包括光源101、透镜单元102、多面镜103和扫描光学系统104。从光源101发射的光束被透镜单元102转换为平行光束,并且入射到多面镜103的反射面105。被反射面105反射并偏转的光束被转换为扫描光束B,其被偏转到沿箭头所示的方向通过扫描光学系统104,并被聚焦于扫描面。如果采用了校正多面镜的锥形角度误差的光学系统,则从光源101发射的光束被转换为垂直于多面镜旋转轴的平行光束,同时被转换为这样的光束:该光束要被聚焦到平行于多面镜旋转轴的多面镜反射面附近。
反射面105绕着多面镜103的旋转轴旋转。因此,扫描光束B以两倍于反射面105旋转速度的速度偏转,因此在扫描面上画出了扫描线“a”。随着多面镜103的旋转,从光源101发射的光束相继入射到相邻的反射面。因此,随着多面镜103的旋转,扫描光束B在扫描面上相同位置从一端到另一端重复画出扫描线“a”。
在该实施例中,测量装置包括:沿着光扫描设备100的扫描面提供的电动载物台10;和活动台13,其被加在载物台10上,并且沿着扫描线“a”在主扫描方向以恒定速度移动。在活动台13上结合组装有在扫描光束B入射侧的带缝平板11和其后的光传感器12,所以它们随着活动台13的移动沿着扫描线“a”在主扫描方向移动。此外,在扫描光束B偏转方向的上游端配置镜子14,被镜子14反射的光入射到水平同步检测器(光传感器)15。
以如下方式进行连接:从水平同步检测器15发送的信号作为水平同步信号输入到示波器16,从光传感器12发送的信号输入为示波器16的信号。
在这样的设置中,使用水平同步信号作为触发,共同显示从光传感器12发送的信号波形和从水平同步检测器15发送的水平同步信号。
下面将描述测量原理。图2A示出了带缝平板11上的缝隙1a与带缝平板11上形成的束斑S之间的关系。扫描线“a”的方向(主扫描方向)被设置为x轴。这种情形中,缝隙1a在正交于x轴的方向延伸。如果带缝平板11的移动速度相比于扫描光束B的移动速度足够低,则可以在带缝平板11后的光传感器12处获得束斑S的光强度信号,就像束斑S移过了一个固定缝隙。图2B中示出了光功率波形。横坐标t表示时间。这里,缝隙1a的宽度小于束斑S的尺寸。光功率波形与束斑S的光功率截面图几乎相似。假设束斑S的功率相等,则当光斑小时,即聚焦条件非常好时,波形的宽度减小而峰的高度增加,如图2C中波形A所示。另一方面,当光斑大时,即聚焦条件不是特别好时,波形的宽度增加而峰的高度下降,如图2C中波形B所示。
图3示出了在扫描光束B被偏转一次时,基于从水平同步检测器15发送的水平同步信号Hsync的从光传感器12发送的信号的输出波形。从光传感器12获得的输出波形相对于水平同步信号Hsync的位置被延迟了一段时间,延迟时间取决于缝隙1a在x方向的位置。带缝平板11以相比于扫描光束B的移动速度足够低的速度移动。因为光扫描设备100周期性且重复地偏转扫描光束B,所以当水平同步信号Hsync被用作触发时,在示波器16的屏幕上,在离水平触发信号Hsync更远的位置处显示对应于较后偏转(扫描线上较后的位置)的光传感器12的输出波形,如图4所示。这里,连接如此得到的输出信号的峰值的曲线示出了主扫描方向上束斑S的峰值强度的变化。这样,将缝隙1a以足够低的速度在主扫描方向上移动时,通过在扫描光束B每次偏转时连续获取输出波形的峰值,可以在扫描范围内连续测量扫描光束B的聚焦条件的变化。如图4所示,参考光扫描设备100的水平同步信号Hsync来共同显示这些峰值,从而可以直观地掌握主扫描方向上聚焦条件的变化。
例如,在某些情形中,如图5所示,在连接这些峰值的曲线中检测到局部不规则C。这种波动是由如下原因引起的:光学系统中非常小的瑕疵、透镜中的缺陷、低的图像透镜精度、尘埃或阴影。就如下面将要描述的那样(图11和图12),在使用粗缝的测量中也可以检测到由尘埃或阴影引起的波动,但是只能通过这种方法检测到光学系统中非常小的瑕疵、透镜中的缺陷和低的图像容限。在传统方法中,在主扫描方向上特定位置处进行取样的基础上执行测量,这是难以检测到局部不规则的。在这一方面,本发明的方法也是有利的。
在这种情形中,自然也可以用与传统技术相同的方式,通过对穿过缝隙1a的光功率测量具有预定水平的输出波形的宽度来测量主扫描方向上束斑S的光斑大小。
如果由缝隙1a和光传感器12组成的检测系统的响应特性不足,则可以通过使光扫描设备100中扫描光束B的扫描(移动)速度低于实际使用时的速度来执行检测。
在该实施例中,缝隙1a在正交于x轴的副扫描方向延伸。但是,缝隙1a的延伸方向可以相对于主扫描方向倾斜。在这种情形中,可以连续测量和估计在相对于主扫描方向倾斜的方向上的束斑S的光斑大小或者束斑S的倾斜角度。下面将对此进行详细描述,作为本发明的第二实施例。
如图6所示,在图1的设置中,使用带缝平板11,其中在主扫描方向设置有缝隙1X和1Y。缝隙1X在偏离副扫描方向+45度(顺时针)的方向延伸。缝隙1Y在偏离副扫描方向-45度(逆时针)的方向延伸。这里,缝隙1X和1Y在主扫描方向的缝隙宽度小于束斑S在主扫描方向的尺寸。通过使用带缝平板11,以足够低于扫描光束B的移动速度的速度在主扫描方向移动。通过同时获取来自两个斜缝的输出,可以获得束斑S在斜方向的详细特性。
如果束斑S的形状沿着扫描线“a”(x轴)在扫描范围内从左到右连续变化,从而椭圆长轴的倾斜方向从左上方向右上方连续变化,如图7A所示,则获得了如图7B所示的通过缝隙1X被检测的输出波形,并获得了如图7C所示的通过缝隙1Y被检测的输出波形。在通过缝隙1X检测的输出波形中,在扫描范围内从左到右,波形宽度逐渐减小且峰值高度逐渐增加。相反地,通过缝隙1Y检测的输出波形中,在扫描范围内从左到右,波形宽度逐渐增加且峰值高度逐渐减小。
当通过使用图6所示的带缝平板11以与图4相同的方式周期性且重复偏转光扫描设备100所获得的扫描光束B,并且用水平同步信号Hsync触发从带缝平板11后面的光传感器12获得的输出波形时,通过共同显示由周期性偏转所获得的输出信号的峰值,得到图8B所示的典型图。这里,图8A示出了束斑S沿着扫描线“a”的形状。虽然在图8B中在沿着时间基准“t”的相同位置画出了通过缝隙1X检测的输出波形和通过缝隙1Y检测的输出波形,但是实际上产生了对应于缝隙1X与缝隙1Y的位置偏移的时间差(见图10)。
在图8B所示的示波器16屏幕上的显示中,能容易地区别通过共同显示通过缝隙1X检测的输出波形的峰值所得到的曲线X与通过共同显示通过缝隙1Y检测的输出波形的峰值所得到的曲线Y,并且它们分别基于x轴方向的位置而彼此相反地波动。因此,可以直观地掌握主扫描方向上束斑S的倾斜基于位置而连续变化。这种情形中,存在这样的问题:所获得的图像中密度和色彩(色调/色彩)改变。
另一方面,图9A和图9B示出了束斑S的形状沿扫描线“a”向同一方向倾斜并且在扫描范围内几乎不变的情况。这种情形中,如图9B所示,通过共同显示通过缝隙1X检测的输出波形的峰值所获得的曲线X与通过共同显示通过缝隙1Y检测的输出波形的峰值所获得的曲线1Y不同,但是它们在扫描范围内几乎不随位置波动。因此,可以直观地掌握到束斑S的倾斜在主扫描方向不随位置改变。在该示例中,如果束斑S的倾斜在扫描范围内一致,则可以通过改变电子摄影的处理条件(例如,偏置电压和曝光能量)来执行校正。因此,在所获得的图像质量方面没有问题。
如果使用了在主扫描方向设置有缝隙1X和1Y的带缝平板11,当由带缝平板11和光传感器12组成的检测系统沿着扫描线“a”以恒定速度移动时,从光传感器12获得的检测信号实际上具有图10所示的以从水平同步检测器15发送的水平同步信号Hsync为参照的输出波形。在每次偏转时,取决于此次偏转时缝隙1X和1Y在x轴方向的位置,获得的输出分别带有相对于水平同步信号Hsync的延时TXn和TYn(n对应于偏转的次数)。通过使用水平同步信号Hsync作为触发共同显示检测信号的各个峰值,可以得到图8B和图9B所示出的典型图。
利用上述配置,可以根据主扫描方向上的位置对扫描光束B的扭曲执行连续测量和估计。这种方法在估计如下这种扫描光学系统时是有利的:该系统中,光束入射到旋转反射体例如多面镜的反射面上,同时在相对于光轴的副扫描方向倾斜(对比日本专利公开No.53-31147A)。它对估计如下这种扫描光学系统也是有利的:该系统将由偏转器偏转的光束聚焦到扫描面上,其中该光学系统中至少一个光学面被设置为偏离光扫描设备的光轴,或者相对于光轴在副扫描方向倾斜。在估计如下这种扫描光学系统时也是有利的:该系统中光束两次入射到偏转器的反射面上。
在上述实施例中,带缝平板11上的缝隙1a的宽度小于束斑S的尺寸。但是,如果缝隙1b的宽度大于束斑S在主扫描方向上的尺寸,如图11A所示,则可以检测束斑S的功率。下面将对此详细描述,作为本发明的第三实施例。如上所述,缝隙1b在主扫描方向(x轴)的宽度大于束斑S的尺寸。带缝平板11的移动速度被设置为足够低于扫描光束B的速度。如果束斑S在x方向移过缝隙1b,则从带缝平板11后面的光传感器12所获得的光功率波形如图11B所示,峰值P代表正比于扫描光束B的功率的值,而不取决于扫描光束B的聚焦条件。
带缝平板11以足够低于扫描光束B的移动速度的速度移动。因为光扫描设备100周期性且重复偏转扫描光束B,所以当水平同步信号Hsync被用作触发时,对应于较后的偏转(扫描线上较后的位置)的光传感器12的输出波形在示波器16的屏幕上显示的位置离水平触发信号Hsync更远,如图12所示。这里,连接如此获得的输出信号的峰值的曲线示出了主扫描方向上束斑S的功率变化。这样,当以足够低的速度在主扫描方向移动缝隙1a时,通过连续获取扫描光束B每次被偏转时输出波形的峰值,可以在扫描范围内连续测量扫描光束B的光功率变化。即,得到与使用一维光传感器对光功率分布进行测量相同的结果,其中一维光传感器的长度覆盖整个扫描宽度。
如果在图12所示的所获得的曲线中发现局部不规则,则其是由光学系统中的尘埃或阴影引起的。适当地将这种方法与第一实施例的方法(图5所示的局部不规则C的检测)相结合,可以容易地估计每个局部不规则的起因。
此外,通常扫描光学系统具有这样的特性(阴影):其边缘部分的光功率减小量大于中央部分的减小量。通过该实施例的方法,可以容易地区别相对设计值而言减小程度是否合适,或者减小程度是否由于镜子镀膜的缺陷而不正常地增加。
在上述实施例中,具有带缝平板11和光传感器12的台13沿着扫描面上的扫描线“a”移动。但是,可以沿着光扫描设备100的光轴方向移动带缝平板11,以测量及估计扫描光束B的束腰位置。下面将参考图13对此详细描述,作为本发明的第四实施例。用相同的标号表示与第一实施例中相同的部件,并省略对它们的重复解释。
在该实施例中,电动载物台10的放置方向与光扫描设备100的光轴方向相同,并且在扫描光束B入射到扫描线“a”的中点上时该光轴与扫描光束B的中心轴一致。该方向被设置为z轴。移动加在载物台10上的移动台13,从而带缝平板11沿着z轴移动。
以这种方式进行连接:从水平同步检测器15发送的信号作为水平同步信号输入到示波器16,从光传感器12发送的信号输入为示波器16的信号,并且从载物台10输入移动台13上的带缝平板11在光轴上的位置信号作为z坐标信号。
在这种设置中,在示波器16的屏幕上执行测量结果的三维显示,其中从水平同步检测器15发送的水平同步信号被用作触发,时间轴t和z坐标位置彼此关联,如图14所示。在该实施例中,缝隙1a在垂直于x轴的方向(副扫描方向)延伸,如图13所示,显示与主扫描方向有关的光束截面图,如图14中实线所示。稍后将要讨论,可以显示如图14中虚线所示的与副扫描方向有关的光束截面图。
连接图14中各个光束截面图的峰值的曲线表明了光轴方向(z轴)峰值强度的变化,曲线的最高位置(光功率最大的位置)代表扫描光束B在光轴上的束腰位置。
除了在副扫描方向延伸的缝隙1a之外,还可以提供在几乎平行于扫描线“a”的方向延伸的斜缝。利用这种配置,还可以共同显示表示副扫描方向上束腰位置的曲线(图14中的虚线)。因此,可以同时测量和估计主扫描方向和副扫描方向上的束腰位置。
具体地,当要测量副扫描方向上的束腰位置时,扫描光束B以不垂直的角度入射到扫描面上不是扫描范围中点的位置。当几乎与扫描线“a”平行的斜缝在该位置中沿着光轴方向移动时,输出波形的位置在主扫描方向上变化。如果要执行精确测量,则还必须在主扫描方向移动斜缝以校正测量。
相反地,当波形被水平同步信号触发,并通过利用如上所述的波形位置在主扫描方向上偏移的事实而被共同显示时,易于直观确认束腰位置。
在该实施例中,测量并估计在光扫描设备100的光轴方向前进的扫描光束B的束腰位置。但是,也可以测量和估计要被入射到扫描面的主扫描方向上特定位置上的扫描光束B的束腰位置。这种情形中,如图15所示,放置载物台10,从而使得台13可以在主扫描方向上特定位置处与扫描光束B的轴一致的方向上移动。通过共同显示在沿着台13移动路径的各个测量点处从光传感器12发送的输出波形,可以通过这样获得的三维显示测量和估计这种条件下的束腰位置。
这里,实际上可以通过这样的配置来测量和估计入射到扫描面的主扫描方向的特定位置处的扫描光束B的束腰位置,所述配置为,载物台10沿着主扫描方向的特定位置处的光扫描设备100的光轴移动。在这种情形下,可方便测量操作。
如图16所示,可以采用这样的带缝平板11,其中缝隙1a的宽度小于束斑S在主扫描方向的尺寸,并且在副扫描方向延伸;缝隙1X具有小宽度,并且相对于副扫描方向倾斜+45度;缝隙1Y具有小宽度,并且相对于副扫描方向倾斜-45度;缝隙1b的宽度大于束斑S在主扫描方向的尺寸,并且在副扫描方向延伸,这些缝隙都排列在主扫描方向上,所以在主扫描方向共同移动多个缝隙。利用这样的配置,可以同时获得图5、图8B和图12所示的曲线。
即使同时使用多个缝隙,通过使用水平同步信号Hsync进行同步,也总是可以在主扫描方向上任何位置获得相应数据,而不管由带缝平板11和光传感器12组成的检测系统的移动速度如何。
带缝平板11可以仅配备宽度小于束斑S的尺寸的缝隙1a,并且带缝平板11可以被配置为可相对于光传感器12旋转。利用这种配置,单个缝隙1a可以用来检测主扫描方向和副扫描方向上束斑S的特性。
结合第二实施例,单个缝隙可以用来代替图6所示的其中形成有两个斜缝1X和1Y的带缝平板。具体地,该单个缝隙首先相对于副扫描方向倾斜+45度,并经历第一次测量。然后,该单个缝隙旋转,使得相对于副扫描方向倾斜-45度,并经历第二次测量。通过共同显示如此获得的输出,可以获得与第二实施例相同的结果。
对于缝隙1a、1b、1X和1Y,可以在玻璃平板上镀减反膜并在其上除了缝隙部分外形成屏蔽层,由此容易地制作具有高精度的精细玻璃缝隙。或者,也可以将它们构成为空气隙,这些空气隙的缝隙部分是通孔。另外,也可以通过刀口组成空气隙。
将详细描述制作玻璃缝隙和空气隙的方法。对于玻璃缝隙,可以应用通过光刻来部分去除玻璃上形成的由金属薄膜组成的屏蔽层的方法,或者可以应用使用激光束直接执行加热和去除的方法,这都是合适的。此外,对于空气隙,可以将薄金属板经过光刻或激光束以上述方式进行处理从而形成精细的缝隙。另外,也可以通过精确的放电加工形成高精度的缝隙。
另外,图6所示的两个斜缝1X和1Y也可以被构建为可自由调节由两个缝隙1X和1Y形成的角度。
希望在带缝平板11后面配备诸如PIN光电二极管之类的高速响应传感器作为光传感器12。通常,如果光传感器的面积大,则高速响应特性会恶化。因此,必须选择缝隙的大小和放置,从而可以使用具有尽可能小的面积的传感器执行测量。
如果传感器封装的表面上的反射引起问题,则必须选择树脂塑模或者没有玻璃窗口的元件。
缝隙宽度和束斑S的尺寸之间的关系优选地基于日本专利公开No.64-13514A的公开。测量聚焦条件需要宽度小于束斑S的尺寸的缝隙。但是,如果缝隙的宽度太小,则会存在可以被光传感器接收的光功率下降的问题。普通激光打印机中使用的光斑大小(定义为强度水平是峰值的1/e2处的直径)大约为50至100μm,此时优选的缝隙宽度应为5至20μm。
通过使用宽度小于束斑S的尺寸且相对于x轴在±45度倾斜的缝隙1X或1Y,并预先测量缝隙的精确位置,可以连续测量扫描光束B在副扫描方向上的位置。此外,也可以连续测量扫描线“a”的弯曲程度。这种情形中,首先通过使用在副扫描方向延伸的缝隙1a测量主扫描方向上扫描光束B的位置,并通过缝隙1a与缝隙1X或1Y的检测定时之间的差异确定副扫描方向上的位置。这是因为仅使用缝隙1X或1Y难以将主扫描方向上的位置与副扫描方向上的位置区分。
如图6和图16所示,当在一个衬底上形成多个缝隙时,在它们后面配备的光传感器12可以是具有小的光接收面积的单个或多个光传感器,这些传感器可以在带缝平板11后排列成阵列,因为如上所述,具有更小的光接收面积的元件的响应特性更优。这种情形中,可以获得这样的优点:可以单独获取对应于这些缝隙的信号。如果计算光传感器的输出以获得结果(例如,如果以通过缝隙1X和1Y的光功率比测量束斑S的扭曲),则必须调节或校正光传感器的输出值,使它们彼此相等。
虽然在上述的每个实施例中,通过在显示器16的屏幕上共同显示波形可获得可以直观掌握聚焦条件以及光功率波动的优点,但是也可以通过在每次扫描时自动地顺序记录波形峰值,例如,记录的波形峰值近似于基于峰值的波形高度和时间基准上的位置的二维曲线,并比较曲线的系数,从而自动确定聚焦条件及光功率波动的检查值的结果。另外,可以对每种光扫描设备产品存储特征测量值,由此将它们实际用作质量控制数据。
虽然参考了具体的优选实施例对本发明进行了展示和说明,但是本领域的技术人员可以从这里的教导中清楚看出各种改变和修改。这些明显的改变和修改被确认为是在由所附权利要求所定义的本发明的精神、范围和意图之内。

Claims (18)

1.一种测量方法,包括如下步骤:
提供光扫描设备,可操作来以第一速度在第一方向上第一范围内重复地偏转光束;
提供形成有至少一个缝隙的平板,所述缝隙在与所述第一方向成一定角度的方向延伸并具有恒定的宽度;
以第二速度在所述第一方向上所述第一范围内移动所述平板,所述第二速度足够低于所述第一速度;
每当所述偏转光束穿过正在移动的所述缝隙时,检测通过所述缝隙的光的光功率的峰值,由此获得所述第一方向上多个位置处的峰值;以及
以下述方式将所述峰值共同显示在屏幕上,所述方式即所述屏幕上的位置对应于所述第一方向上的位置。
2.如权利要求1所述的测量方法,其中:
所述缝隙的宽度窄于由所述偏转光束入射到所述平板上所形成的束斑在所述第一方向中的尺寸;以及
所述缝隙在垂直于所述第一方向的方向上延伸。
3.如权利要求1所述的测量方法,其中:
所述平板上形成有在彼此不同的方向延伸的多个缝隙;以及
所述缝隙中每个的宽度都窄于由所述偏转光束入射到所述平板上所形成的束斑在所述第一方向上的尺寸。
4.如权利要求1所述的测量方法,其中:
所述缝隙的宽度宽于由所述偏转光束入射到所述平板上所形成的束斑在所述第一方向上的尺寸;以及
所述缝隙在垂直于所述第一方向的方向上延伸。
5.如权利要求1所述的测量方法,其中所述光束的所述偏转基于同步信号,并且参考所述同步信号共同显示所述峰值。
6.如权利要求1所述的测量方法,其中所述第一速度低于所述光扫描设备在实际使用中偏转所述光束的速度。
7.一种测量方法,包括如下步骤:
提供光扫描设备,可操作来以第一速度在第一方向上第一范围内重复地偏转光束;
提供形成有至少一个缝隙的平板,所述缝隙在与所述第一方向成一定角度的方向延伸并具有恒定的宽度;
以第二速度沿着所述第一范围内特定位置处的所述光扫描设备或所述偏转光束的光轴移动所述平板,所述第二速度足够低于所述第一速度;
每当所述偏转光束穿过正在移动的所述缝隙时,检测通过所述缝隙的光的光功率的峰值,由此获得所述第一方向上多个位置处的峰值;和
以下述方式将所述峰值共同显示在屏幕上,所述方式即所述屏幕上的位置对应于所述第一方向上的位置。
8.如权利要求7所述的测量方法,其中所述光束的所述偏转基于同步信号,并且参考所述同步信号共同显示所述峰值。
9.如权利要求7所述的测量方法,其中所述第一速度低于所述光扫描设备在实际使用中偏转所述光束的速度。
10.一种用于测量光束特性的装置,其中以第一速度在第一方向上第一范围内由光扫描设备重复地偏转所述光束,所述测量装置包括:
平板,具有与所述光扫描装置相对的第一面,并且形成有至少一个缝隙,所述缝隙在与所述第一方向成一定角度的方向上延伸并且具有恒定宽度;
光传感器,被放置为与所述平板的第二面相对,所述第二面与所述第一面相反;
驱动器,以足够低于所述第一速度的第二速度在所述第一方向上所述第一范围内整体移动所述平板和所述光传感器,从而每当所述偏转光束穿过正在移动的所述缝隙时,通过所述缝隙的光的光功率的峰值由此导致所述光传感器输出所述第一方向上多个位置处的峰值;和
显示器,具有适于参考同步信号而共同显示从所述光传感器发送的所述峰值的屏幕,显示的方式是所述屏幕上的位置对应于所述第一方向上的位置。
11.如权利要求10所述的测量装置,其中:
所述缝隙的宽度窄于由所述偏转光束入射到所述平板上所形成的束斑在所述第一方向上的尺寸;以及
所述缝隙在垂直于所述第一方向的方向上延伸。
12.如权利要求10所述的测量装置,其中:
所述平板上形成有在彼此不同的方向延伸的多个缝隙;以及
所述缝隙中每个的宽度都窄于由所述偏转光束入射到所述平板上所形成的束斑在所述第一方向上的尺寸。
13.如权利要求10所述的测量装置,其中:
所述缝隙的宽度宽于由所述偏转光束入射到所述平板上所形成的束斑在所述第一方向上的尺寸;以及
所述缝隙在垂直于所述第一方向的方向上延伸。
14.如权利要求10所述的测量装置,其中所述光束的所述偏转基于同步信号,并且参考所述同步信号共同显示所述峰值。
15.如权利要求10所述的测量装置,其中所述第一速度低于所述光扫描设备在实际使用中偏转所述光束的速度。
16.一种用于测量光束特性的装置,其中光扫描设备以第一速度在第一方向上第一范围内重复地偏转所述光束,所述测量装置包括:
平板,具有与所述光扫描装置相对的第一面,并且形成有至少一个缝隙,所述缝隙在与所述第一方向成一定角度的方向上延伸并且具有恒定宽度;
光传感器,被放置为与所述平板的第二面相对,所述第二面与所述第一面相反;
驱动器,以足够低于所述第一速度的第二速度沿着所述第一范围内特定位置处的所述光扫描设备或所述偏转光束的光轴而整体移动所述平板,从而每当所述偏转光束穿过正在移动的所述缝隙时,通过所述缝隙的光的光功率的峰值由此导致所述光传感器输出所述第一方向上多个位置处的峰值;和
显示器,具有适于参考同步信号而共同显示从所述光传感器发送的所述峰值的屏幕,显示的方式是所述屏幕上的位置对应于所述第一方向上的位置。
17.如权利要求16所述的测量装置,其中所述光束的所述偏转基于同步信号,并且参考所述同步信号共同显示所述峰值。
18.如权利要求16所述的测量装置,其中所述第一速度低于所述光扫描设备在实际使用中偏转所述光束的速度。
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