DE3327054A1

DE3327054A1 - Integrierendes fotometer

Info

Publication number: DE3327054A1
Application number: DE19833327054
Authority: DE
Inventors: Steven D. Lovettsville Va. Hale; Joe T. Leesburg Va. May; Malcolm G. Plymouth Minn. Ross
Original assignee: Colight Inc
Current assignee: Colight Inc
Priority date: 1983-02-22
Filing date: 1983-07-27
Publication date: 1984-08-23
Also published as: JPS59154325A; JPH0413647B2; US4644165A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Lichtmeßeinrichtungen, insbesondere auf ein integrierendes Fotometer zum Messen der ultravioletten Gesamtbelichtung während einer bestimmten Zeitspanne.

Es sind im Stand der Technik zahlreiche Fotometer verfügbar zum Messen ultravioletter oder anderer Formen elektromagnetischer oder Lichtenergie. Einige Fotometer sind integrierend zur Erzeugung eines Ausgangs, der darstellend ist für die Gesamtmenge innerhalb einer bestimmten Zeitspanne empfangener Energie. Die vorhandenen integrierenden Fotometer nach dem Stand der Technik sind relativ sperrig, und ihre Verwendung verlangt häufig die Manipulation von Steuerungen, um eine Ablesung zu ermöglichen.

In Verbindung mit der Herstellung von gedruckten Schaltungen verlangt die Belichtung einer Platte und eines gedruckten Hauptschaltkreises mit ultravioletten Lichtquellen zur Belichtung des Fotoätzmaterials auf der Platte die Messung der Gesamtmenge der während der Belichtungsfolge von einer bestimmten, mit. oinein Fotoätzmaterial überzogenen Platte empfangenen Energie. Die Ultraviolettfotometer nach dem Stand der Technik eignen sich nicht besonders zur Erzeugung einer Messung dieser Art.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes integrierendes Fotometer zur Verwendung bei Ultraviolettlichtquellen zu schaffen.

Ein besonderes Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Integriereinrichtung von einem Ultraviolettlichtsensor aus, die in sich geschlossen ist und in einen Vakuumrahmen mit zu belichtenden gedruckten Schaltungen und Schablonen eingesetzt werden kann, um eine leicht lesbare Angabe der insgesamt während der Belichtung des Vakuumrahmens auf das Fotoätzmaterial aufgebrachten Menge ultravioletter Energie zu gewährleisten.

Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden erfüllt durch Schaffung eines in sich geschlossenen integrierenden Fotometers mit einem auf dem Fotometer gelagerten Detektor zur Bildung eines Ausgangssignals proportional zu der Intensität der auf das Fotometer auftreffenden elektromagnetischen Strahlung. Der Ausgang des Detektors wird auf einen Konverter zur Umwandlung des Ausgangssignals von dem Detektor in ein Wechselstromausgangssignal mit einer Periode umgekehrt proportional zu der Größe des Ausgangssignals des Detektors übertragen. Das Wechselstromausgangssignal des Konverters wird auf ein Display übertragen, welches ein ununterbrochenes digitales Ausgangsdisplay zur Anzeige der Gesamtzahl von dem Ausgangssignal des Konvez*ters innerhalb einer gewählten Zeitspanne vollführter Wechsel erzeugt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen zum Abschalten des Betriebes des Meßlereises, wenn

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die Intensität der auf das Fotometer auftreffenden elektromagnetischen Strahlung untBr einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Nach einem noch weiteren Merkmal der Erfindung sind Zeiteinstellvorrichtungen zum Abschalten des Fotometerschaltkreises vorgesehen, wenn während einer vorgegebenen Zeitdauer keine ¥echsel des Ausgangssignals des Konverters auftreten.

Die Figur der Zeichnung ist eine schematische Darstellung des Fotometerschaltkreises.

Die elektronischen Einrichtungen des integrierenden Fotometers, die in der Figur gezeigt werden, bestehen aus zwei Grundabschnitten. Einer ist der Lichtmeßabschnitt und der andere der Energiekonservierungsabschnitt,

Es sei zunächst auf den Lichtmeßabschnitt eingegangen, in welchem ein Fotodiodendetektor D-1 gezeigt ist mit einer geerdeten Anode und einer an den invertierenden Eingang eines Rechenverstärkers angeschlossenen Kathode. Der Stroniausgang der Fotodiode D-1 1st proportional zu der Intensität der elektromagnetischen Energie, wie beispielsweise auf die Fotodiode auftreffenden ultravioletten oder sichtbaren Lichtes. In dem vorliegenden Fall sind die spektralen Ansprechungscharakteristika der Diode und jeglichen bei der Diode verwendeten Filters so gewählt, daß die maximale Ansprechung in dem ultraviolet ten Band auftritt", da die bevorzugte Ausfiil) rungs form des Fotometers hauptsächlich zur Verwendung bei

Ultraviolettquellen gedacht ist.

Der Strom vom Detektor wird durch den Verstärker U2B verstärkt und erzeugt eine Ausgangsspannung proportional zu dem Eingangsstrom und daher zu dem Eingangslichtpegel. Der Rückkopplungsweg R9-R10 bildet einen sehr hohen Widerstand, so daß der Verstärker fast mit offener Schleife bei äußerst hoher Verstärkung arbeitet. Er arbeitet in dieser Weise für geringe Beleuchtungspegel. Der andere Betriebsbereich wird durch Schließen des Bereichsschalters S2 gewählt zur Erzeugung eines anderen Rückkopplungspfades über R11-R12, einer bedeutend geringeren Impedanz, wodurch die Verstärkung des Verstärkers beträchtlich vermindert wird. Die Kondensatoren C4 und C5 bilden eine AC-Rückkopplung, um die Bandbreite des Verstärkers erheblich zu verringern und die Geräuschverstärkung durch den Verstärker U2B herabzusetzen.

Der Spannungsausgang von U2B wird der Eingang ski emine eines Chips U^- des Spannungs/Prequenzkonverters zugeführt. RI3 und C6 und C7 sind Skalenfaktoren und Stabilisationselemente für den Konverter und werden gemäß den Anweisungen des Herstellers benutzt. Der Ausgang des Spannungs/Frequenzkonverters an Stift \h ist eine Viereckwelle, deren Periode zu der Eingangsspannung umgekehrt proportional ist. Für den gezeigten Schaltkreis ist ein Impuls auf dem Ausgang gleich einem Millijoule Lichtenergie. Die Viereckwelle wird benutzt zum

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Vorschub des Zählers, beginnend bei Null. Jede Zählung oder jede vollständige Viereckwelle fügt zu dem Digitaldisplay OSI eine Stelle hinzu.

Um das Fotometer am Integrieren äußerst geringer ultravioletter Umgebungsenergiepegel zu hindern, kommt ein Schwellendetektor U2A zur Anwendung. U2A vergleicht den Ausgang von U2B mit einer Bezugsspannung, und wenn der Ausgang von U2B, der den Beleuchtungspegel darstellt, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, dann überschreitet die Spannung an dem Ausgang von U2B die Bezugsspannung an dem Stift 2 des Vergleichers U2A und erzeugt eine Ausgangsspannung an dem Stift 1, der an den Aktivierungseingang des .Displayschaltkreises U3 angeschlossen ist. Wenn der Aktivierungseingang von U3 eine hohe Ausgangsspannung von dem Vergleicher U2A empfängt, welcher anzeigt, daß der Lichtpegel über dem Schwellenwert liegt, dann wird das Display aktiviert zur Zählung jedes Viereckwellentaktes von dem Ausgangsstift von U^. Wenn der Beleuchtungspegel unter dem gewünschten Schwellenwert liegt und nur ultraviolettes Unigebungslicht darstellt, dann empfängt dio Aktivierungsklemme 31 der Displayelektronik ein niedriges Signal, und der Zähler zeichnet keinerlei Zählung auf trotz der Tatsache, daß das UnigöbungHlicht möglicherweise einen gewissen Ausgang von k auslöst.

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Um den Stromverbrauch des Schaltkreises auf ein Minimum herabzusetzen, kommt eine Kraftuntersetzungseinrichtung zur Anwendung. Die eingebaute Batterie BTI wird periodisch an die Speiseklemme eines CMOS Einzelschußschaltkreises U1 angeschlossen. Der Einzelschußschaltkreis U1 wird aktiviert, wenn der Kurzzeitkontaktschalter S1 geschlossen wird und auf dem Ausgang Q am Stift 7 6in Niedrigspannungssignal erzeugt. Das Niedrigspannungs-

signal am Stift 7 schaltet Q1 an und erzeugt die Speisespannungen VA und VB für den Lichtmeßschaltkreis. Der Einzelschußschaltkreis enthält einen Zeit takt schal tiere is R2 und C2, welcher den Einzelschußschaltkreis mit der Spannung an dem Stift 7 etwa 45 Sekunden lang in dem geschalteten Zustand bei Niedrigspannung hält, wenn nicht ein erneuter Schaltimpuls empfangen wird. ¥enn somit der Schalter S1 zum Anschalten des Schaltkreises betätigt wird, dann wird Q1 eingeschaltet, um den übrigen Teil des Schaltkreises für wenigstens 45 Sekunden mit Energie zu versorgen. Wenn während dieser 45 Sekunden Impulse von dem Ausgangsstift 14 von U4 abgegeben und auf den Α-Eingang des Exnzelschußschaltkreises U1 an dem Stift 4 übertragen werden, dann wird die Zeitperiode von 45 Sekunden

erneut gestartet. Solange somit die 45 Sekunden von entweder dem Schließen des Schalters S1 oder dem letzten Impulsausgang von dem Spannungs/Frequenzkonverter U4 nicht vorstrichen sind, bleibt der Schaltkreis unter Kraft. Sobald der Schwellwertlichtpegel von D1 entfernt ist und der Impulsausgang von U4 zum Stillstand kommt, wird die Energie nach 45 Sekunden entfernt. Dies verlängert in starkem Maße die Lebensdauer der

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Batterie. Der normale Strombedarf des Meßschaltkreises ist etwa 2 Milliampere, während der CMOS Einzelschußschaltkreis U1, der ständig an die Batterie angeschlossen ist, einen Strombedarf nur im Mikroamperebereich hat. Der einzigartige Schaltkreis gemäß der Erfindung ist insbesondere nützlich bei der Messung der ultravioletten Belichtung von Fotoätz- oder gedruckten Schaltungen. Das Fotometer "wird durch Herunterdrücken von S1 angeschaltet. Es mißt Hintergrundspegel ultravioletter Energie, sammelt jedoch diese Energie nicht an dem Ausgangsdisplay, weil die Hintergrundspegel nicht den Vergleicher U2A auslösen. Die Hintergrundzählung stellt nicht den Einzelschußschaltkreis U1 zurück, und die Energie für den Meßschaltkreis bleibt angeschaltet. Das Fotometer wird dann in einen Vakuumrahmen mit zu belichtendem Material eingesetzt und durch einen Kontaktdrucker hindurchgeführt. Das Fotometer bildet einen direkten Ablesewert der gesamten von dem Drucker übertragenen Energie und schaltet ab, wenn der Einzelschußtaktgeber die volle Zeit läuft, und schaltet den Schalter Q1 ab, wenn von dem Analog/Digitalschaltkreis U4 keine Impulse erzetigt werden.

Bei einigen Anwendungen, wo das Fotometer tatsächlich in einen Kontaktdrucker mit zu belichtendem Material eingesetzt wird, ist eine erhebliche Erhöhung der Temperatur des Foto-Beters zu erwarten. Um Beschädigungen des Digitaldisplayelements zu vermelden, kann eine abgewandelte Ausführungsform

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des Fotometers alle Elemente der Figur mit Ausnahme des Flüssigkristalldisplayabsdhnitts enthalten. Nach Belichtung der abgewandelten Ausführungsform des Fotometers mit der Beleuchtungsenergie kann der Inhalt des Zählers U2 ausgelesen werden, nachdem das Fotometer durch Kupplung des Flüssigkristalls mit dem Display mittels eines auf dem Fotometergehäuse vorgesehenen Verbinders aus der Wärme entfernt wurde.

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Claims

Ansprüche :

^ Kompaktesj in sich geschlossenes integrierendes Fotometer, gekennseiah.net durch die Kombination eines Gehäuses mit in dem Gehäuse angeordneten Betelctoreinrichtungen zur Bildung eines Ausgangssignals proportional zu der Intensität der auf das Fotometer auftreibenden elektromagnetischen Stralilungj ersten Einrichtungen, di© in dem Gehäuse angeordnet sind zur Uünfandlung des Aus gangs Signals von den üetektoreinriclatnxigen ±n ein We cha els tromaus gangs signal mit einer Periode umgekehrt pxOportional zu der Größe des Ausgangssignals der Detektoreinrichtungen, soiiio .uisplayeinrichtungen,

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die in dem Gehäuse gelagert und mit der ersten Einrichtung zur Bildung eines kontinuierlichen digitalen Ausgangsdisplays zur Angabe der Gesamtzahl von dem Wechselstromausgangs signal der ersten Einrichtung während eines gewählten Zeitintervalls vollführter Wechsel gekoppelt sind.

2. Fotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung eine Fotodiode ist, die einen Ausgangsstrom direkt proportional zur Intensität des die Fotodiode erleuchtenden Lichtes erzeugt.

3. Fotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung einen Verstärker zur Verstärkung des Ausgangssignals von der Detektoreinrichtung und zur Erzeugung eines Ausgangssignals proportional dazu enthält, sowie Spannungs/Frequenzumwandlungseinrichtungen, die so angeschlossen sind, daß sie ein Ausgangssignal des Verstärkers empfangen und ein Wechselstromausgangssignal erzeugen, dessen Periode umgekehrt proportional zu der Größe des Aasgangssignals des Verstärkers ist.

h» Fotometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Displayeinrichtungen einen durch das Wechselstromsignal von der ersten Einrichtung geschalteteten Zähler enthalten, sowie Digitaldisplayeinrichtungen, die zur

Anzeige dar in dens Zahler ge speie !her ton Zahlung mit dem Zähler gekoppelt sind.

5β Fotometer nach Anspruch 1 ₉ dadurch gekennzeichnet,, dadurch gekennzeichnet,, daß SchwelleHeinrichtungen zum Empfang· eines Signals proportional zum Ausgangssignal der Detektoreinrichtung gekoppelt sind und einen Ausgangsbefehl für die Displayeinrichtung zur Abschaltung derselben von der Zählung des Weehselstromausgangssignals der ersten Ein~ richtung erzeugen, wenn das Ausgangssignal der Detektoreinrichtung unterhalb eines "vorgegebenen Schwellenwertes liegt ₀ der eine Belichtung nur durch Umgebungspegel elektromagnetischer Strahlung anzeigte

6„ Fotometer nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß die .Displayeinrichtung eine in dem Gehäuse gelagerte Zählereinrichtung enthält;, die an die erste Einrichtung zum Empfang des Ausgangssignals von dieser gekoppelt ist, sowie zum Speichern einer darin enthaltenen Zählung zur Anzeige der Gesamtanzahl Wechsel des Ausgangs der ersten Einrichtung, sowie Einrichtungen zur Anzeige eines sichtbaren Displays, die zur Verbindung mit dem Fotometergehäuse angeordnet sind und ein sichtbares Display der in der Zähleinrichtung gespeicherten ZäJbüLung erzeugen«,

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7· Fotometer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Batterieeinrichtungen, Schalteinrichtungen zur Kopplung der Batterieeinrichtung mit der ersten Einrichtung und der .Displayeinrichtung, wenn die Schalteinrichtung betätigt vird, um das Fotometer in Funktion zu setzen, sowie weitere Schalteinrichtungen, die mit der Schalteinrichtung und der Displayeinrichtung verbunden sind, um die Batterieeinrichtung von der Displayeinrichtung und der ersten Einrichtung zu trennen, wenn eine vorgegebene Zeitdauer von der Betäti-" gung der Schalteinrichtung verstrichen ist, ohne daß irgendein Ausgangssignal von der ersten Einrichtung erzeugt wurde.

8. Fotometer nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Schalteinrichtung einen Einzelschußschaltkreis (one-shot circuit) enthält, der durch Schließen der Schalteinrichtung betätigt und durch Empfang eines Wechselstromausgangssignals von der ersten Einrichtung vor Erreichen der in dem Einzelschußschaltkreis programmierten vorgegebenen Abschaltezeit zurückgestellt wird.

9. Verfahren zum Messen der Gesamtbeleuchtungsenergie, die von einem Kontaktdrucker auf in einem Vakuumrahmen eingeschlossene fotoeinpfindliche Materialien übertragen wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Einschließen einos Integrierenden Fotornefcers in den Valcuumrahmen mit

den fotosensitiven Materialien, Belichten des Vaktmmrahmens in dem Kontaktdrucker, Ablesen des integrierenden Fotometers zur Erlangung einer Anzeige der Gesamtbeleuchtungsenergie, welche der Kontaktdrucker auf die fotosensitiven Materialien übertragen hat..

10. Fotometer nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Leseschritt die Schritte der Verbindung einer geeigneten Displayeinrichtung mit dem integrierenden Fotometer nach Belichtung des Vakuumrahmens zur Anzeige der darin gespeicherten Energieangabe einschließt.