TWI524091B - 使用旋轉印刷臂以投射或觀看在工作部件上之影像之方法及裝置 - Google Patents

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Description

使用旋轉印刷臂以投射或觀看在工作部件上之影像之方法及裝置
本發明所揭示之技術係關於掃描大的扁平基板以用於讀取及寫入影像。實例係平板顯示器、印刷電路板(PCB)及光伏打面板。應在一廣泛意義上將讀取及寫入理解為：讀取可意指對一大工作部件之顯微鏡檢查、檢驗、計量、分光、干涉測量、散射測量等，且寫入可意指曝露一光阻劑、藉由光學加熱來退火、燒蝕或藉由一光學束對表面產生任一其他改變。特定而言，本發明揭示一種使用在其掃描時在一工作部件上畫一弧代替跟隨一傳統的直線運動之一旋轉或擺動臂之技術。
本申請案主張2008年12月5日提出申請之標題為「使用旋轉印刷臂以投射或觀看在工作部件上之影像之方法及裝置(Method and Device Using Rotating Printing Arm to Projector View Image Across a Workpiece)」之美國臨時專利申請案第61/200,970號之權益。
圖1顯示先前技術掃描系統中之一種掃描系統。將一扁平工作部件110放置於一平臺120上且使一寫入或讀取頭130在該工作部件上掃描。平臺120在頭130在一垂直方向上掃描時在一個方向上推進工作部件110。一終端透鏡150可放置於頭130與工作部件110之間。其他系統具有一固定工作部件及沿垂直軸(例如，x-y軸)移動之一掃描頭。還有其他系統具有一固定掃描頭及沿垂直軸移動之一平臺。此等架構中之每一者皆具有影響其有效掃描速度之其自身之機械特性。
舉例而言，一掃描頭通常需要諸如冷卻水、氣體或RF電纜132等輔助設施。電纜及支撐構件之彎曲度可影響可靠性及效能兩者。某些配備輔助設施的讀取及寫入頭頗重、體積大或在其他方面不適於快速移動。
依賴於x-y平臺移動之系統通常具有其慣性頗大之重平臺，該等平臺極堅硬以避免下陷且相對不受外部振動影響。該等重掃描平臺需要與其質量成比例之力來在其改變方向時加速及停止。
寫入之問題隨著目標表面變得較大且由較薄、較易變形之材料製成而增加。較大平臺需要增加的堅硬度。較易變形之材料需要逐件地自一個層至下一個層進行圖案操作。
因此，出現一機會來開發具有經改良通量之一新的快速掃描架構。可產生具有高效能之一相對低成本系統。
本發明所揭示之技術係關於掃描大的扁平基板以用於讀取及寫入影像。實例係平板顯示器、PCB及光伏打面板。應在一廣泛意義上將讀取及寫入理解為：讀取可意指對一大工作部件之顯微鏡檢查、檢驗、計量、分光、干涉測量、散射測量等，且寫入可意指曝露一光阻劑、藉由光學加熱來退火、燒蝕或藉由一光學束對表面產生任一其他改變。
本發明提供一種用於向一工作部件寫入(或自一工作部件讀取)之方法及設備，其包含使用一固定光學影像裝置(例如，一調變器(或一偵測器))以形成(或收集)經轉接影像資訊及進一步沿至少一個旋轉臂之光學器件在該固定光學影像裝置與該工作部件之一表面之間轉接該影像資訊。
特定而言，本發明揭示一種使用在其掃描時在一工作部件上畫一弧代替跟隨一傳統的直線運動之一旋轉或擺動臂之技術。本發明之一個態樣係該臂可徑向地放置於一旋轉盤或轉子中，該轉子可具有數個臂，例如2、3、4、6或8個臂，藉此增加每時間單位之經掃描表面面積。
本發明之另一態樣係重、複雜、易碎機械部件或頗貴或需要諸多連接件及輔助設施之部件可固定放置在該轉子之中心或轂附近且由多個臂共用。
本發明之一進一步態樣係透過該徑向臂在固定放置在該轉子之轂附近之一影像裝置與該工作部件之間轉接一影像，且當轉子旋轉時，經轉接影像為不旋轉或基本上不旋轉。
本發明之另一態樣係當轉子旋轉時產生若干部分影像且該等部分影像縫合在一起成為一連續彎曲條帶。本發明之又一態樣係部分影像之縫合在一起係藉助基本上不旋轉但其中像素柵格係根據不同影像而位移之位元映射完成。本發明之其他態樣闡述於申請專利範圍、說明書及圖式中。
參考圖做出以下詳細說明。較佳實施例經闡述以圖解闡釋本發明，並非限定其範疇，其範疇由申請專利範圍界定。彼等熟悉此項技術者根據隨後說明將辨識各種等效變化形式。
本發明涵蓋一旋轉臂印刷或觀看裝置之實施例，其中在該臂之一個端處具有帶一轂之轉接光學器件且在另一端處具有耦合影像資訊與一工作部件之表面之光學器件。在該轂處之光學耦合可係在旋轉軸上或在旋轉軸外。
在某些實施例中，本發明提供一種用於向一工作部件寫入(或自一工作部件讀取)之方法及設備，其包含使用一固定光學影像裝置以形成(或收集)經轉接影像資訊及進一步沿至少一個旋轉臂之光學器件在該固定光學影像裝置與該工作部件之一表面之間轉接該影像資訊。藉由在該工作部件之表面上重複掃掠一彎曲條帶，可在該工作部件上自重疊部分影像藉由將該等部分影像縫合在一起來寫入一鄰接影像。
在另一實施例中，在光學影像裝置與工作部件之表面之間轉接之圖案資訊(例如，部分影像)係以一大致恆定方位角定向轉接。在又一實施例中，當光學影像裝置處之一設定影像與該工作部件上之該設定影像之經轉接版本維持一恆定角關係時經轉接影像資訊之方位角定向係大致恆定，其中經轉接版本藉由旋轉光學臂之5度掃掠分離時角關係之旋轉變化不多於一0.5度。
在印刷臂之掃掠期間維持影像之方位角定向使得能夠產生表示工作部件之表面之一鄰接像素圖。在本發明之某些態樣中，像素柵格在相續部分影像之間發生位移且系統之資料路徑必須知曉每一像場之位移。然後，為提供在向工作部件寫入之前或在自工作部件讀取時部分影像之縫合，資料路徑中之計算作業可用於補償該等像場之位移，例如，資料中之特徵必須經移動以補償位移。
本發明之一個態樣係該臂可徑向地放置於一旋轉盤或轉子中，且該轉子可具有數個臂，例如2、3、4、6或8個臂，藉此增加每時間單位之經掃描表面面積。另一態樣係重、複雜、易碎機械部件或頗貴或需要諸多連接件及輔助設施之部件可固定放置在該轉子之中心或轂附近且由多個臂共用。本發明之一進一步態樣係透過該徑向臂在固定放置在該轉子之轂附近之一影像裝置與該工作部件之間轉接一影像，且當轉子旋轉時，經轉接影像係基本不旋轉。本發明之另一態樣係當轉子旋轉時產生若干部分影像且該等部分影像縫合在一起成為一連續彎曲條帶。本發明之又一態樣係部分影像之縫合在一起係藉助基本上不旋轉但其中像素柵格係根據不同影像而位移之位元映射完成。
參考轉接光學器件揭示此技術，此乃因其可用於向一工作部件寫入或自一工作部件讀取。舉例而言，其用於直接向一大面積遮罩或一PCB寫入。或，其可用於檢驗一大面積遮罩。其與一工作部件定位機構(例如，一平臺)一起使用，工作部件定位機構之細節在本發明之範疇之外。
本技術之某些特別有用之應用係用於在電子基板(例如，晶圓之前側及背側、PCB、積層及內插基板)上寫入圖案、用於撓性互連基板及用於遮罩、模板、樣板及其他母板。同樣，轉子寫入器可用於圖案化顯示器中之面板、電子紙、塑膠邏輯且用於光伏打電池。該圖案化不僅可藉由光阻劑之曝露而且可透過光之其他動作(例如，熱或光化學過程：熔化、蒸發、燒蝕、熱熔絲、雷射感應圖案傳送、退火、高溫分解及光感應蝕刻及沈積)來完成。
本發明藉助一極性掃描運動替代慣用笛卡爾平面印刷機(Cartesian flatbed)之xy平臺。主要益處係較高通量、經濟效果及機械簡單性中之一者。該掃描動作係由在機械方面比直線運動更易於建立高準確性之一旋轉運動完成。轉子之週邊上之一點之位置準確性由一軸承之品質及一角度編碼器之準確性來確定，具有高品質之該兩個組件皆可在市場上購得。第二個益處係減少掃描期間及掃描行程之間的振動及瞬時力。一平衡良好之轉子基本上不對支撐結構發出振動或反作用力，而往復式直線移動需要每行程反轉其動量兩次且當這樣做時產生強烈干擾。第四個益處係在較少機械開銷之情形下達到一較高掃描速率。藉助具有數個臂之一轉子，僅需要犧牲每一行程之一小部分，例如，具有四個臂之一轉子可掃描通過一80度弧且達不到360度，亦即，在一圈中掃描發生在4x80=320度期間。一往復式移動將需要更多機械開銷且該機械開銷隨著掃描速率增加而變大。
在先前技術中，旋轉運動因在較高掃描速率及減少之機械開銷方面之相同優點而用於滾筒式掃描器及滾筒式繪圖器中。但對於不可安裝於一滾筒上之基板(尤其係大基板)，(或許)因機械複雜性而不使用旋轉。申請者已發現使一固定影像裝置在一大扁平工作部件上以高速度掃描一小像場且將一鄰接影像縫合在一起之一實際方法。
如上所述，根據本發明之系統可建立有極高資料率及通量且可用於其中此等特性係有用之其他類型之圖案化：照片設定、印刷、雕刻、安全標記等。該轉子甚至處於高旋轉速度時(例如，60、120、300、600r.p.m.或更高)亦具有一平滑移動及小機械開銷。掃描速度(其係轉子之週邊速度)可高於相當之往復式系統之掃描速度，例如2、4、8、20m/s或更高。
一可能系統之一實例係直徑為一米、在20g之一向心加速度之情況下每秒自轉3.3圈之一轉子。該加速度力對旋轉組件產生一恆定力，以使得重50克之一透鏡將感到向外10N之一恆定力。對於四個臂，其以10m/s之一週邊速率(對於一往復式平臺係極不可能之一機械速度)每秒寫入13個行程。此外，在軸承之適當平衡及設計下，運動將頗平滑、具有高機械精確性且僅需要極少電力來使其持續。若影像產生器係用於在工作部件上產生一1D部分影像之具有2MHz訊框率之一微機械1D SLM，則SLM之重新載入將沿掃描方向每5微米發生一次且像素大小可係5x5微米，從而允許寫入小於15微米之線寬度。對於具有約8000x1個像素之一微機械SLM(例如，一1D SLM)，每一行程將用圖案填充一40mm寬之條帶，且覆蓋(對於非直線掃描存在某一減小)每秒0.3平方米或每分鐘20平方米。與其他寫入技術相比較，此係一極高覆蓋率。
本發明之一重要態樣係引入用於在工作部件上印刷一基本上不旋轉影像之旋轉光學器件。本發明亦給出用於一完全不旋轉影像之條件。在實際情況下，(例如)由於轉子之轂附近之實體空間之原因，稍微偏離此等條件可係適合的。對於角度上之小偏離，確實亦可應用本發明，但在資料處置中必須對其進行校正。此將在下文中得到闡述。
因此，本發明提供一種用於以與其他寫入(或讀取)技術相比較為極高之一覆蓋率在一工作部件上快速寫入(或讀取)一圖案之旋轉掃描架構。然而，如上所述，本發明之旋轉掃描架構可允許寫入小於15微米之線寬度。依賴於x-y平臺移動之最高技術發展水平之寫入(或讀取)系統通常具有其慣性頗大之重平臺，該平臺為避免下陷而經常係極堅硬。此等重平臺需要與其質量成比例之一力來在其改變方向時加速及停止。藉由引入甚至在處於高旋轉速度時亦具有平滑移動及小的機械開銷之一旋轉掃描架構，本發明提供一種具有經改良效能之解決方案，其亦解決與該最高技術發展水平之x-y平臺系統之重平臺及大慣性相關聯之上述問題。
該光學器件透過該(該等)旋轉臂轉接一影像同時在該臂掃描工作部件時維持該影像之方位角定向。藉助以下實例定義方位角定向：認為一臂定向在一時鐘面上之中午處。在此位置中，字母「R」在該光學器件之兩個端處具有一垂直定向(相對於時鐘上之中午處)。然後，當將該臂重新定位在10點或2點時，字母「R」將在該光學器件之兩個端處仍具有垂直定向。在一寫入裝置中，一所投射「R」將在所有三個位置處(10點、12點及2點)經印刷具有相同垂直方位角定向。或，在一檢驗裝置中，在工作部件上之10、12及2位置處定位為垂直之三個「R」影像觀看起來將係相同。另一選擇係，字母「R」可由該光學器件倒轉、旋轉或轉換。而且，甚至在此等轉換之後，所投射影像仍將在所有三個位置(10點、12點及2點)處具有相同方位角定向。維持方位角定向簡化印刷。圖4顯示在旋轉具有不旋轉光學器件之轉子時所寫入或讀取之像場445(具有一二維像場之一實例(例如，來自轂430處之一SLM或CCD相機))。圖4中之像場係以經挑選以使得水平方向上之像素柵格得到維持之間隔獲取。對於每一像場，垂直方向上之像素柵格在由條帶之曲率所給出之一位移上不同。圖5顯示其中在不顧及水平柵格之情況下(例如，在等距時間處)獲取像場之一類似實例。在相續像場之間，像素柵格在x及y兩者上發生位移。為將一鄰接影像縫合在一起，系統之資料路徑必須知曉每一像場之位移。
對於一寫入系統，資料中之特徵必須經移動以補償位移且在產生位元映射以供寫入硬體使用之時需要慮及像素柵格位移。對於一讀取系統，像場可藉由用於照相(例如，用於將來自多個影像之全景縫合在一起)之習知方法縫合。在任一情況下，表面上存在一實體影像，其由經位移像場中之影像裝置處置，且在資料路徑或影像處理電腦中(亦即，在寫入之前或在讀取之後)，該實體影像作為一鄰接影像檔案存在而不參考寫入或讀取硬體，亦即，該鄰接影像之所有部分具有一共同參考柵格。
在已根據機器幾何結構確定部分影像之柵格之後，表示部分影像之位元映射可藉由影像處理技術中眾所周知之方法(例如，用於所謂的「影像變形」之演算法)在硬體之柵格與參考柵格之間變換。對於經旋轉之影像像場亦可使用由申請者所設想之用於將經位移影像像場縫合在一起之信號處理方法。小旋轉比具有包括莫瑞效應、清晰度損失及感測器區域之無效率使用在內之若干問題之大旋轉更易於處置。因此，不旋轉像場係較容易且影像品質及速度較佳，且僅旋轉毗鄰之部分影像之間的一像素之一小部分之一像場係第二佳。
藉助旋轉光學臂保持影像定向，即使在壓印之間的重疊隨著旋轉角度進程變化的情況下(如圖5所圖解闡釋)，亦能夠實現或簡化重疊影像之計算。舉例而言，由一輻射閃光所產生之一個影像「壓印」可藉由一簡單位移向量與另一者相關，而不用擔心影像之旋轉或偏移。若工作部件係在運動中，則一第二位移向量可歸因於工作部件在閃光之間的移動。可將該兩個位移向量加在一起。
隨後之更詳細揭示內容描述兩個系列之光學配置。第一系列在旋轉軸上使用一光學轉接器。在兩個實施例中，將平面及曲面反射鏡放置於軸上。在各種變體中，一個或多個臂可用於在一轂與掃掠工作部件之一遠臂端之間轉接資訊。第二系列在轂附近使用一光學轉接器(其在軸外)。軸外轉接器之實例包含三角形、正方形稜椎及諸如多面反射鏡等反射鏡。
在本發明之某些實施例中，光學轉接器係可放置於軸上或軸外且圍繞旋轉軸旋轉之一影像偏轉裝置(例如，一稜鏡或反射鏡)。該影像偏轉裝置可係(例如)具有至少在某些時間週期期間係與轂之旋轉軸之旋轉移動同步之其自身移動(例如，一旋轉移動)之一單獨元件或該影像偏轉裝置亦可係該旋轉轂之一組成部分。
可使用一個或多個旋轉光學轉接器臂達成相當大的掃描速度。在旋轉光學器件之情形下，反轉工作部件之運動之次數不像在掃描光學器件之情形下那樣多，此乃因可掃描工作部件之一較寬條帶。另一選擇係，可使用更便宜之光學器件來實現一寬掃描像場。
圖2、4及5顯示掃描通過一弧代替使用一直線運動之例示性實施例。在所有該等圖中，大大簡化光學器件以改良對各組件之間的機械關係之理解且使讀者集中於旋轉臂上。讀取/寫入頭230係固定的。光學影像藉由一旋轉或擺動光學系統240在旋轉軸附近之一位置與遠離轂250之一位置之間轉接。該旋轉光學系統可係簡單且輕巧，例如，僅包括兩個平行反射鏡。其在工作部件上掃描一圓拱(圖4至5)或擺動(圖2)。工作部件410係可移動的，至少相對於光學器件之旋轉中心係可移動的。該工作部件可連續地移動或有步驟地移動，以使得該掃描光學器件可到達該工作部件之所有部分。一控制系統自驅動該等運動之致動器或自位置及/或角度編碼器知曉正向該工作部件之哪部分寫入/自其讀取。對於寫入，該控制器控制意欲被寫入至所定址區域之資料之發送，且對於讀取，在知道所讀取影像或資料來自何處之情況下，對其進行記錄或分析。在印刷臂之掃掠期間維持影像430、445之方位角定向使得能夠在向工作部件寫入之前或在自工作部件讀取時產生表示工作部件之表面之一鄰接像素圖。注意，壓印之間的重疊取決於遠臂在旋轉弧中之位置，例如，545A-545D。
圓形運動比一線性運動容易控制。軸承(例如，流體軸承)準確地界定旋轉之中心。若將該旋轉部分製作為圍繞旋轉中心具有平衡質量之一輪狀物且施予其一連續旋轉力矩，則用以使掃描臂掃掠所需之唯一能量補償軸承中之摩擦。包含旋轉光學器件及一機械支撐件之一轉子可係完全被動的。所有主動部件(例如，馬達、冷卻器、感測器等)可係基底及平臺之部分。
所揭示之技術用光學臂之一連續旋轉替代一x-y掃描系統之往復式運動。此旋轉與周圍環境不交換能量且交換極少振動或不交換振動。比較起來，處於1m/s之往復式運動引起支撐結構中之振動及往復式機械力，而一旋轉平衡掃描器可極平滑地達到10m/s。用圓形運動替代往復式運動解決光學掃描系統中之實際問題，特別係對於扁平工作部件。
圖3中圖解闡釋維持一影像之方位角定向。將轂330處之方位角影像轉接至旋轉臂240A、240B之末端。遠端影像345A、345B與轂影像330具有相同方位角定向。在所圖解闡釋之實施例中，轉接軸334、344係平行的且在相同方向上傳輸影像資訊。
圖16a至16c繪示且定義經轉接影像之光學宇稱性。光正傳播通過由反射鏡M1及M2所指示之一旋轉光學系統。反射鏡M1係在旋轉軸處或在旋轉軸附近。反射鏡M2係在圍繞一轂旋轉之一光學臂之遠端處。反射鏡M2'(帶撇號)表示在一經旋轉位置中之反射鏡M2。光束含有關於一影像之資訊，其具有一x方向及一y方向。該x及y方向在其進入該旋轉光學組件時與一傳播方向z組合形成具有某一旋向(圖中顯示為右旋向(「RH」))之一三維座標系統。該旋轉光學器件可在光撞上工作部件之前轉換影像資訊。影像資訊之x及y方向可被轉換，但其將保持相關於傳播方向之某一右旋向或左旋向。用於影像不旋轉之一條件係在進入至旋轉光學器件中之方向與自旋轉光學器件出來之方向平行時旋向在旋轉部件之前與之後相同，且在該等方向反平行時旋向相反。此在圖中得到顯示。在圖16a中，反射鏡M1之前的旋向與反射鏡M2之後的旋向相同。進入與出來平行(在最初與該等反射鏡自初始位置(實線)旋轉90度至一新位置(由虛線指示)時兩者時)，x軸與y軸未旋轉。在圖16b中，反射鏡M2經不同安裝以使得z軸被反轉。該xyz系統仍然係右旋向，但傳播方向在旋轉部件之前與之後係反平行。在此情況下，可看到，當該等反射鏡旋轉通過90度時，輸出光束中之x軸與y軸旋轉180度。換言之，當旋向違反以上所給出之規則時，不維持進入旋轉光學器件之影像資訊與自其出來之影像資訊之間的方位角關係。最後，在圖16c中，引入一第三反射鏡M3以反轉該xyz座標系統之旋向，從而產生xyz左旋向LH。與對旋轉光學器件之反平行之進入及出來組合之反轉旋向導致不旋轉之x定向及y定向。
表達該條件之一不同方式係在旋轉部件之前及之後形成一xyr座標系統，其中r係旋轉向量，亦即，當沿r觀察時，其平行於旋轉軸且旋轉係順時針的。用於一不旋轉影像之條件係xyr之旋向在旋轉部件之前與之後相同。將該條件與量值r(亦即，旋轉之速度或角度)亦相同之限制配設在一起之此最後一方式允許將用於不旋轉影像之條件概括成更複雜之幾何結構。
圖4至5繪示當固定影像裝置係二維時將連續壓印縫合在一起。另一選擇係，可使用一掃掠動作代替一壓印動作來在固定影像裝置與工作部件之表面之間轉接影像資訊。在一掃掠動作中，該影像裝置可係一維的或可係一束陣列且可在其沿一弧掃掠時差不多連續地轉接影像資訊。在圖4中，固定影像裝置430係處於由圍繞一轂旋轉之一個或多個光學臂所畫之一圓之中心。在此圖中，旋轉係順時針的。壓印445映射至工作部件410之表面。通常，來自寫入之壓印係由一脈衝雷射器及SLM、DMD、GLV、液晶快門系統或用於產生一影像之類似裝置產生。用於讀取(如在(舉例而言)檢驗或計量中所使用)之壓印在相反方向上轉接資訊。圖5顯示連續壓印545A至545D之間的重疊或所謂的縫合如何取決於光學臂相對於工作部件410之位置。
圖6顯示與圖3中之類型之掃描動作相同但其中影像旋轉180度之掃描動作。旋轉及各向同性放大或縮小係保持所謂的影像宇稱性之光學作業。在轂及遠端處具有平行軸之一系統中，當將影像反轉一偶數次數(0、2、4...)時，進入至掃描光學器件中與自其出來之影像之宇稱性相同。維持影像之宇稱性簡化部分影像之融合。具有反平行軸之一系統係一特殊情況，下文結合圖8c論述該情況。
圖7在上部列中顯示可與一不旋轉像素圖相容之經旋轉及各向同性放大之影像。在下部列中係不可與連續影像之直接融合相容之經反轉影像之實例。
圖8a至8c顯示具有給出不旋轉像素圖之掃描光學器件之實例。圖8a圖解闡釋具有兩個平行反射鏡852、854及在反射鏡861之前之影像形成光學器件之一寫入(或讀取)系統。在轂處之軸857與遠離轂之軸857平行。圖8b圖解闡釋在掃描臂中具有兩個平行反射鏡與一對稱光學系統862、863之一讀取(或寫入)系統。圖8c顯示其中光束被引導至掃描臂軸上方且撞到一光學組件864(例如，一固定外部反射鏡)之一系統。光學組件864解決在轂處之影像路徑與遠離轂之影像路徑之反平行之情況。
圖9顯示具有可設定為在掃描光學器件之入口與自其之出口之間的影像855、859之任一合意旋轉之一反射鏡系統之一實例系統。一杜夫稜鏡(Dove prism)965係適於影像之旋轉之一個光學組件。若將杜夫稜鏡設定為一固定角度，則影像將係不旋轉，但轉動杜夫稜鏡之角度之兩倍。在旋轉該臂之同時旋轉杜夫稜鏡可係以高精確度控制影像之旋轉之一方式，例如，用於取消歸因於非理想角度之一剩餘旋轉。
圖10a至10b顯示具有在轂之中心處(在轂之旋轉軸上)伸出之一寫入或讀取裝置之一對軸上寫入或讀取系統。寫入或讀取裝置1030可係任一影像形成裝置(例如，一SLM或顯示器)或一影像收集裝置(例如，一相機或其他偵測器)。兩個系統皆使用一折反射系統用於在一半徑上掃描影像。掃描光學器件之旋轉部分係在虛線矩形1040內部之部分。該系統使用具有小固定反射鏡1045及大固定反射鏡1043之一Offner投射系統。針對或來自工作部件之影像資料1050係自固定反射鏡1043、1045反射至一系列旋轉反射鏡上，包含至少一個自或對寫入或讀取裝置1030反射之軸上反射鏡1041。工作部件1010支撐於一平臺1020上。
圖10b顯示其中一大固定反射鏡1043由一反射鏡1044之一較小彎曲區段替代之一類似系統。在此組態中，可藉由將彎曲反射鏡1044、1045設定為處於運動狀態或至少將經減少大小之區段反射鏡1044設定為處於運動狀態來減少區段反射鏡1044之大小。
設想具有三個、四個或更多個臂之系統來增加系統之工作循環，以使得寫入或讀取佔光學器件之每一循環之一較大比例。圖11繪示具有三個臂及在轂1148之對置側上之正被寫入之一對工作部件1111、1112之一掃描系統。此系統可具有100%之一工作循環。每一轉子寫入通過60度之一弧。一次僅一個臂1140交替地在兩個工作部件1111及1112上寫入。雷射能量由偏振控制1132在兩個SLM 1147與1149之間切換，且資料流亦在該等SLM之間切換。由於在一寫入機器中雷射器1120及資料路徑1135係在最貴模組之列，因此已將此實施例設計為在該等臂中之SLM及光學器件分別具有較低工作循環50%及33%之時100%之時間使用雷射器及資料通道。舉例而言，此可係具有三個旋轉臂1140A至1140C之一寫入系統之一實例。該等臂中之每一者皆可在設計上對應於圖3、5、8a至8c或9中之任一者。該圖概念地繪示一雷射器1120及將資料發送至兩個SLM 1130(資料被轉接1132、1147、1149至旋轉臂)之一控制器1135。其顯示每一臂如何在每一SLM前面移動及如何在工作部件1111、1112上寫入一系列同心壓印。雖然在此圖中顯示兩個工作部件，但可將更多工作部件定位於一轉子下，其取決於轉子之大小。雖然將該實例闡述為一寫入系統，但轉接之方向可正如自工作部件容易地返回至定位於雷射器1120處及別處之一對偵測器。
圖12a至12b顯示具有八個臂之一軸外實施例及在轂處之一旋轉稜鏡如何依次將資料成像至每一臂及依次將來自每一臂之資料成像。圖12a係展現工作部件1210及平臺1220之一側視圖。雷射器1230(或偵測器)經由一軸外反射鏡或其他光學元件1242將資料轉接至一旋轉反射鏡或稜鏡1271。一對反射鏡或稜鏡1248、1249隨著該等臂旋轉。使用稜椎光學器件，光學元件1248、1249之一個側在稜鏡1271至大固定反射鏡1243之間推進影像資料且另一側在大固定反射鏡1243、一遠端反射鏡1247與工作部件1210之間推進影像資料。
圖12b係以上剛剛闡述之系統之一俯視圖。其顯示大固定反射鏡1243且其經切除以展現下伏之特徵。亦顯示小固定反射鏡1245且其經切除以展現旋轉稜鏡1271。在該圖式中，該小固定反射鏡已稍微偏移(代替如其在裝置中將係居中)以使旋轉反射鏡1271更顯而易見。
額外圖式進一步闡明軸外幾何結構。圖13a至13b比較軸上轉接臂與軸外轉接臂。該等側視圖清晰地對比圖13a之軸上配置與圖13b之軸外配置之間的轂處之轉接器。與俯視圖相比，側視圖更能清晰地對此進行圖解闡釋。一對俯視圖對比一簡單旋轉反射鏡1370與一多面軸外稜鏡或反射鏡1371。當在一軸上系統中一臂自0度旋轉至45度時，光學轉接係基本上不變。由於自軸至多面元件1371上之確切轉接點之距離改變，因此一軸外系統係不同的。形成轉接器之多面元件1371之部分自臂之中心線1341之一個側移位至另一側。在某些實施例中，此需要比一軸上系統所需要之定位於轂之遠端處之光學元件大之一光學元件1362，其保持於臂之中心線1341上之轉接。
圖14a至14b繪示用於在轂1412處使用相對於旋轉軸1410傾斜之一不平行軸來產生垂直於工作部件1430之一光軸之替代方式。此等實施例在出發點與經旋轉兩種情況下使光學轉接到達一遠端透鏡1426之中心。在圖14a中，在轉接1424與轂處及至工作部件1430上之軸之間的內角相等。為匹配此等角度，在轂光學器件1420與遠端光學器件1428A之間的轉接1424係在垂直於旋轉軸1410之平面外。在圖14b中，轂光學器件1422B之角度自1422A調節以保持轂光學器件1420與遠端光學器件1428A之間的轉接1424在垂直於旋轉軸1410之平面中。轂光學器件面之經調節角度產生在轉接1424與轂處及至工作部件1430上之各別軸之間的不相等內角。遠端光學元件1428B處之角度係一直角(在垂直於旋轉軸之平面與垂直於工作部件之平面之間)
在轂處使用一傾斜入射角以使得彼轉接路線不平行於旋轉軸，從而產生某一影像旋轉。在大多數情況下，此影像旋轉在稜椎旋轉角度之一範圍為0-45°時頗小，小於0.5°。另一選擇係，影像旋轉在稜椎旋轉角度之一範圍為0-5°時可小於0.5°。
圖15在稜椎反射鏡後將一管筒透鏡引入光學組態。該管筒透鏡物鏡經配置以使得該系統係遠心的。需要稍微過大之透鏡來容納稜椎反射鏡。在各種實施方案中，入射至稜椎反射鏡之束可平行於旋轉軸或可係傾斜的。
圖17繪示藉由保持內側轉接路線1712平行於旋轉軸1710來減輕一經轉接影像之旋轉之又一光學組態。由於透鏡區段1715相對於轉接路線1712之軸係不對稱，因此在著陸區(land)之後的轉接路線1717朝向稜椎反射鏡1720之表面1722彎曲。沿臂1724之轉接垂直於旋轉軸。
圖18至19分別圖解闡釋一四側稜椎反射鏡及一三側稜椎反射鏡之使用。此兩個實施方案皆係軸外的。在稜椎反射鏡上可使用更大數目之側。實際中之平衡係當束橫跨旋轉反射鏡之兩個面時所損失之投射時間(其係不利的)與中心與一面之邊緣之間的半徑之一減少(該半徑減少有利地影響影像資訊沿光學臂之轉接，從而保持其較接近於該臂之中心線)之間的平衡。
圖20圖解闡釋一頗小大小之物鏡透鏡2026之使用。轉子掃描器經設計以使得束瞄準該物鏡透鏡之前表面附近，此減少該物鏡透鏡之大小。另一方面，小透鏡不足夠強烈以使轉接路線2024重合於臂2041之中心線。因此，經聚焦之束將不垂直於工作部件。
圖21圖解闡釋其中束被聚焦於一入射光瞳2125處且透過一遠心物鏡透鏡系統轉接之一設計。然而，此需要一較大物鏡透鏡及一更複雜之光學設計。
圖22a至22b對比一大稜椎反射鏡與準許使用一較小稜椎反射鏡之光學器件之使用。在入射光瞳2225前使用轉接光學器件2222使得能夠實現使用較小反射鏡。
圖23繪示簡化之光學器件，其自一SLM或偵測器2381轉接影像資訊透過一聚焦致動器2383並到達稜椎反射鏡2320上。該聚焦致動器亦可使束轉向以補償稜椎面中或由振動所引起之錯誤。此實施方案圖解闡釋四個臂與一個工作部件及一個SLM之使用。此實施方案之特徵可與使用多個寫入或讀取裝置及多個工作部件之其他實施方案組合。
預期可沿相同臂及路徑使用多個寫入或偵測裝置。此外，可圍繞旋轉軸定位多個寫入或偵測裝置以向多個工作部件或一大工作部件寫入。
同樣，本發明使得諸多器具能夠用於大的扁平基板上(例如，在太陽能板、顯示器基板、薄片金屬、建築玻璃、捲軸式塑膠、紙及類似物上)及實現以高速度進行掃描。透過旋轉臂可在週邊處捕獲一影像且將其傳送至一相機或一光學分析器具可位於其處(例如，一反射計、分光光度計、散射計、多光譜相機、偏光計、螢光或光致發光器具)之轂。複雜、體積大或易碎之器具可經安裝而固定在該轂處且仍存取(例如)在轉子下在一輸送器上傳遞之一兩米寬薄膜光伏打面板之表面上之任一點，藉此在不移除用於分析之板或停止捲軸式流動之情況下能夠實現在大工作部件上以密集柵格進行全面積檢驗或分析。該轉子可僅具有扁平光學器件或其可在臂中具有反射轉接器，從而允許自遠IR至深UV之消色差使用。照明(例如，用於螢光研究之UV)可自轂產生或其可產生於轉子內。
圖24顯示具有可能之影像產生器IG1-8及一實例影像偵測器ID之所揭示技術之另一實施例。該影像產生器定位於一固定框架上且安裝於轉子R上之反射鏡M1及M2將影像發送至在工作部件WP上掃描之轉子之週邊。透鏡L1及L2形成造成由影像產生器IG產生之影像I之一清晰影像之一轉接器。轉子驅動RD使轉子自旋且角度由位置偵測器PD1量測。平臺之位置由一第二位置偵測器PD2量測。控制器C控制影像產生器，以使得圖案P正確地形成於工作部件上。
該影像產生器可具有如實例IG1-8所示之諸多類型：IG1係一狹窄一維光調變器陣列，例如，一光柵光閥。IG2係一寬闊調變器陣列，其藉由變形光學器件在工作部件上形成一狹窄線。亦即，調變器上之經照明區域與工作部件上之經照明區域之間的比率在x與y中不同。調變器之縱橫比(長度對寬度)至少比影像中之縱橫比小兩倍，較佳小五倍且通常將係小十倍。IG3係一二維調變器陣列，例如，一微機械調變器陣列或一2D LCD快門陣列。IG4係(例如)由其中每一透鏡形成一聚焦點且聚焦點中之光(例如)由一LCD快門或一DMD晶片(德克薩斯器具公司之DLP技術)各別調變之一透鏡陣列所形成之一點柵格陣列。點陣列亦可由一源(例如，VCSEL雷射器)陣列形成。在IG5中，產生一不規則聚焦點陣列(例如，由一電腦控制全息圖或一SLM)。舉例而言，該不規則陣列可用於在晶圓、PCB及其他基板中鑽通孔。IG6具有一掃描束作為影像產生器，例如，由一聲光或電光調變器調變且由一聲光、電光或機械掃描器掃描之一單模式雷射束。IG7具有同時調變且平行掃描之多個束。若圖案係重複或固定不變的(例如，平行於工作部件之一線圖案)，則使用一遮罩或模板作為影像產生器可係充分的(如IG8所示)。最後，該光學器件可反轉且影像產生器可由一影像偵測器(本文中象徵性地顯示為一相機之ID)替代。照明源可具有適於以上情況中之每一者之特性：IG1-2、IG4-7可使用一連續光源或具有短脈衝之一高頻率之一光源，而IG3-5及IG8可與脈衝式光一起使用。端視確切需要，表示影像偵測器、分光光度計、時間解析光度計、散射計等之相機ID可與連續或脈衝式光一起使用。
如上所述，本發明使得諸多器具能夠用於大的扁平基板上(例如，在太陽能板、顯示器基板、薄片金屬、建築玻璃、捲軸式塑膠、紙及類似物上)及實現以高速度進行掃描。透過旋轉臂，可在週邊處捕獲一影像且將其傳送至其中設置一相機或偵測器(例如，一光導攝像管、CCD、CID、CMOS裝置及/或一TDI、增強、閘控、雪崩、單光子、光子計數、干涉測量、色度分析、外差、光電導或測輻射熱的偵測器或陣列)或一光學分析器具(例如，一反射計、分光光度計、色度計、散射計、多光譜相機、偏光計或一螢光、光致發光或光聲器具)可位於其處之轂。
其他可能用途係用於熱量(紅外線)、顏色、扁平度、平滑度、膜厚度、化學組成、清潔度之光學量測，或用於圖案完整性或保真度之確認。在需要表面之一影像或一所發現缺陷或特徵之一確切位置的情形下，該方法係特別有利。複雜、體積大或易碎之器具可經安裝而固定在該轂處且仍存取(例如)在轉子下之一輸送器上傳遞之一兩米寬薄膜光伏打面板之表面上之任一點，藉此在不移除用於分析之板或停止捲軸式流動之情況下能夠實現在大工作部件上以密集柵格進行全面積檢驗或分析。該轉子可僅具有平面光學器件或其可在臂上具有反射轉接器，從而允許自遠IR至深UV之消色差使用。照明(例如，用於反射光顯微鏡檢查之可見入射光)可自轂產生或其可產生於轉子內。數個器具及或寫入模式可藉由組合於一個光學臂中或藉由採用不同光學臂來組合於一個轉子中。至少一個器具或光學影像裝置可透過一臂發射一勵磁束並接收自工作部件返回之一影像，例如，用於螢光研究之UV。該旋轉可以一恆定或不定角速度連續進行或另一選擇係以一停止及前進形式驅動，特別係對於工作部件之隨機存取分析。成像光學器件之聚焦可係固定、可隨時間變化或在掃描期間係動態及基於來自聚焦感測器之回饋，該聚焦感測器基於干涉測量、背向反射、至一光纖端之接近性、光學三角測量、光學散焦或視差；流體流、抗壓性或抗黏性；超音波飛行時間或相位；電容、電感或指示一距離或位置之其他適合現象。
某些特定實施例
本發明可實踐為一種方法或適於實踐該方法之裝置。本發明可係一種製品，例如，施加有用於執行電腦輔助方法之程式指令或施加有可與硬體組合以產生一電腦輔助裝置之程式指令之媒體。
在此章節中，將在可在任一方向上輸送影像資訊之一路徑及可係將影像資訊傳輸至一工作部件之一傳輸器或自一工作部件接收影像資訊之接收器之一影像裝置兩方面闡述方法及裝置。所揭示方法中之一者係掃描一工作部件1111之一方法。此方法可應用於向該工作部件之寫入或者自該工作部件之讀取。該方法涉及使用圍繞一轂1148旋轉之至少一個光學臂1140A至1140C以在一光學影像裝置330、1130與一工作部件310、1111之間轉接資訊。該光學影像裝置可係一寫入裝置(例如，一SLM或DMD)或一讀取裝置(例如，一CMOS偵測器陣列)。其可係2D或1D且為掃掠式。工作部件經定位以大體垂直於光學臂之一旋轉軸。經轉接之影像資訊在影像裝置與工作部件之間維持一大致恆定之方位角定向。在此方法中，該轉接沿著自工作部件310、1111、完全沿光學臂1140A至1140C、越過一轂1148且延伸至影像裝置1130之一路徑前進。經轉接之影像資訊可向沿此路徑之任一方向輸送。經轉接資訊之方位角定向經界定以當光學影像裝置330、630處之一設定影像與工作部件310上之該設定影像之一經轉接版本345A至345B、645A至645B維持一恆定角關係時在影像裝置330與工作部件310之間係大致恆定。當光學臂掃掠通過5°旋轉347時，角關係變化在旋轉方面不多於0.5度時認為角關係係大致恆定。在某些實施方案中，當光學臂掃掠通過45°旋轉347時，角關係在旋轉方面將變化不多於0.5度。不管光學臂240A至240B在其旋轉掃掠347中是在10點、中午還是兩點處，工作部件上之一垂直「R」亦應係垂直。
在一個實施方案中，在此方法中使用之光學影像裝置330、1130形成轉接至工作部件310、1111之一影像。亦即，其向該工作部件寫入。此經轉接影像資訊可係在一系列脈衝壓印中輸送。或，其可作為一掃掠式寫入束陣列輸送。
在另一實施方案中，在此方法中使用之光學影像裝置330、1130偵測自工作部件310、1111轉接之一影像。亦即，其讀取該工作部件。
此方法可進一步包含自該工作部件讀取或向該工作部件寫入及組裝對應於該工作部件處跨越該光學臂之掃掠之某一部分之一影像之複合影像資訊545A至545D。舉例而言，該複合影像資訊可對應於至少5、10或20度之掃掠。該複合影像資訊可係自工作部件讀取之資訊或其可係被寫入至工作部件或被重新取樣且寫入至工作部件之資訊之一映射。
當然，以上第一方法之實施例、實施方案、態樣及特徵可以眾多方式組合以產生各種系統。
一第二方法實施例係向一工作部件1010寫入或自其讀取之一方法。一固定光學影像裝置430用於形成或收集經轉接影像1050資訊(圖4、10及11)。該方法涉及使用在一光學影像裝置330、1130與一工作部件310、1111之間轉接1424資訊之至少一個旋轉臂1140A至1140C。該光學影像裝置可係一寫入裝置(例如，一SLM或DMD)或一讀取裝置(例如，一CMOS偵測器陣列)。其可係2D或1D且為掃掠式。在工作部件之表面上重複掃掠一彎曲條帶以寫入或讀取由縫合在一起之重疊影像所形成之一鄰接影像430。最佳地，在印刷臂之掃掠期間維持影像430、445之方位角定向僅係用於在向工作部件寫入之前或自工作部件讀取時產生表示工作部件之表面之一鄰接像素圖。
當光學臂掃掠通過5°旋轉347時角關係在旋轉方面變化不多於0.5度時認為角關係係大致恆定。在某些實施方案中，當光學臂掃掠通過45°旋轉347時角關係在旋轉方面將變化不多於0.5度。不管光學臂240A至240B在其旋轉掃掠347中是在10點、中午還是兩點處，工作部件上之一垂直「R」亦應係垂直。
在又一實施方案中，影像430資訊之轉接包含橫穿耦合至該固定光學影像裝置且定位於旋轉臂1724之一旋轉軸1310處或其附近之一第一光學軸。橫穿已附接至表面1722且沿旋轉臂定位在距旋轉軸遠端處之一第二光學軸。該第一及第二光學軸在約8度1412內係大致相互平行或反平行859。
在另一實施方案中，該第二光學軸遠離旋轉軸1310可係第一光學軸之至少十倍。
在另一實施方案中，當第一及第二光學軸857大致平行時保持經轉接影像1050資訊之光學宇稱性且當其大致反平行859時將反轉經轉接影像1050資訊之光學宇稱性(圖16a至16c)。
在一第一裝置實施例中，闡述一光學掃描裝置。此裝置可係一寫入或讀取裝置1030。該裝置涉及使用圍繞具有一旋轉軸之一轂1148旋轉之至少一個光學臂1140A至1140C。該裝置具有一轂，其可包含在一光學影像裝置330、1130與一工作部件310、1111之間的軸上(圖10)或軸外(圖11至15)資訊轉接器。該工作部件經定位以大體垂直於一平臺上係裝置之部分之光學臂之一旋轉軸。該裝置包含一影像裝置330、1130。轉接光學器件在影像裝置330、1130與工作部件310、1111之間轉接光學資訊同時維持影像裝置330、630處之影像與經轉接版本345A至345B、645A至645B之間的一大致恆定方位角定向。在此裝置中，該轉接沿著自工作部件310、1111、沿光學臂1140A至1140C、越過一轂1148且延伸至影像裝置1130之一路徑前進。經轉接影像1050資訊可向沿此路徑1312之任一方向輸送。一影像處理器1135使用一旋轉臂1724在表面1722之部分上掃掠來組裝對應於經轉接影像1050資訊之一鄰接影像430。當該裝置係一寫入裝置時，影像處理器1135將鄰接影像之部分寫入至表面上以形成一鄰接彎曲條帶。當該裝置係一讀取裝置時，該影像處理器自該表面上之一鄰接彎曲條帶讀取鄰接影像之部分且在記憶體中將該等部分縫合在一起以形成鄰接影像。經轉接資訊之方位角定向經界定以在光學臂掃掠通過5°旋轉347時其在旋轉方面變化不多於0.5度時係大致恆定。在某些實施方案中，當光學臂1140A掃掠通過45°旋轉347時角關係在旋轉方面將變化不多於0.5度。不管光學臂1140A在其旋轉掃掠347中是在10點、中午還是兩點處，工作部件1010上之一垂直「R」亦應係垂直。
在一個實施方案中，該裝置亦可包含轉接光學器件2222之附接至固定光學影像裝置且定位於旋轉臂1724之一旋轉軸1310處或其附近之一第一光學軸。轉接光學器件2222之第二光學軸附接至表面1722且沿旋轉臂1724定位在距旋轉軸1310遠端處。
在另一實施方案中，該第二光學軸遠離旋轉軸1310可係第一光學軸之至少十倍。
在另一實施方案中，當第一及第二光學軸857大致平行時保持經轉接影像1050資訊之光學宇稱性且當其大致反平行859時將反轉經轉接影像1050資訊之光學宇稱性。
在又一實施方案中，該光學影像裝置形成轉接1132至工作部件1010之一影像430。
在替代實施例中，路徑1312在用於臂1724之旋轉軸1310附近之部分可係軸上(圖10)或軸外(圖11至15)。此等實施例可以任一變化形式與以上實施方案及下文所述之其他特徵組合。在某些實施例(圖8a至8c、10、16a至16c)中，該路徑在轂附近之一第一部分與旋轉軸857、859重合。在此等所謂的軸上實施例中，該路徑之接觸工作部件之一第二部分可平行857或反平行859於該路徑之與旋轉軸重合之部分延伸。對於軸上實施例，可使用各種各樣的反射鏡配置。舉例而言，一反射鏡或稜鏡854、圖16 M1可定位於旋轉臂總成上方且可直接將資訊轉接至旋轉臂上。或者，在一所謂的Offner投射系統中，一反射鏡或稜鏡1042可定位於旋轉臂總成1040下方且使用頂置反射鏡1043、1045。該Offner投射系統使經轉接影像1050直接或藉助沿一旋轉光學臂之重新定向朝向工作部件1010返回。在某些實施方案中，一大的固定頂置反射鏡1043可用隨著該(該等)臂旋轉以維持在光學路徑中的適當位置之小反射鏡1044區段替代。可設想其他軸上反射鏡配置；此列舉並非意欲窮舉。
所謂的軸外實施例(圖11至15)具有路徑1312、1412在轂附近之一部分，其不與旋轉軸1310、1410重合。在此等實施例中，路徑1312在旋轉軸1310附近之一第一部分平行於旋轉軸或至少在八度內1412平行於旋轉軸1410。路徑1330之接觸工作部件之一第二部分在八度內平行於旋轉軸。另一選擇係，該路徑之該第一及第二部分在八度內可係彼此平行。
此方法可進一步包含自該工作部件讀取或向該工作部件寫入及組裝對應於該工作部件處跨越該光學臂之掃掠之某一部分之一影像之複合影像資訊545A至545D。舉例而言，該複合影像資訊可對應於至少5、10或20度之掃掠。該複合影像資訊可係自工作部件讀取之資訊或其可係被寫入至工作部件或被重新取樣且寫入至工作部件之資訊之一映射。
當然，以上第一方法之實施例、實施方案、態樣及特徵可以眾多方式組合以產生各種系統。
一第二裝置實施例將光學資訊轉接至一工作部件上或轉接來自一工作部件之光學資訊。此裝置可係一寫入裝置或一讀取裝置。該裝置涉及使用圍繞具有一旋轉軸之一轂1148旋轉之至少一個光學臂1140A至1140C。該裝置具有一轂，其可包含在一光學影像裝置330、1130與一工作部件310、1111之間的軸上(圖10)或軸外(圖11至15)資訊轉接器。該工作部件經定位以大體垂直於一平臺上係該裝置之部分之光學臂之一旋轉軸。該裝置包含一影像裝置330、1130。轉接光學器件在影像裝置330、1130與工作部件310、1111之間轉接光學資訊同時維持影像裝置330、630處之影像與經轉接版本345A至345B、645A至645B之間的一大致恆定方位角定向。在此裝置中，該轉接沿著自工作部件310、1111、沿光學臂1140A至1140C、越過一轂1148且延伸至影像裝置1130之一路徑前進。經轉接影像資訊可向沿此路徑之任一方向輸送。經轉接資訊之方位角定向經界定以在光學臂掃掠通過5°旋轉347時其變化在旋轉方面不多於0.5度時係大致恆定。在某些實施方案中，當光學臂掃掠通過45°旋轉347時角關係在旋轉方面將變化不多於0.5。不管光學臂在其旋轉掃掠中是在10點、中午還是兩點處，工作部件上之一垂直「R」亦應係垂直。
在一個實施方案中，光學影像裝置330、1130形成轉接至工作部件310、1111之一影像。亦即，其向該工作部件寫入。此經轉接影像資訊可係在一系列脈衝壓印中輸送。或，其可作為掃掠式寫入束陣列輸送。
在另一實施方案中，光學影像裝置330、1130偵測自工作部件310、1111轉接之一影像。亦即，其讀取該工作部件。
在替代實施例中，路徑在用於臂之旋轉軸附近之部分可係軸上(圖10)或軸外(圖11至15)。此等實施例可以任一變化形式與以上實施方案及下文所述之其他特徵組合。在某些實施例(圖8a至8c、10、16a至16c)中，該路徑在轂附近之一第一部分與旋轉軸857、859重合。在此等所謂的軸上實施例中，該路徑之接觸工作部件之一第二部分可平行859或反平行859於該路徑之與旋轉軸重合之部分延伸。對於軸上實施例，可使用各種各樣的反射鏡配置。舉例而言，一反射鏡或稜鏡854、圖16 M1可定位於旋轉臂總成上方且可直接將資訊轉接至旋轉臂上。或者，在一所謂的Offner投射系統中，一反射鏡或稜鏡1042可定位於旋轉臂總成1040下方且使用頂置反射鏡1043、1045。該Offner投射系統使經轉接影像1050直接或藉助沿一光學臂之重新定向朝向工作部件1010返回。在某些實施方案中，一大的固定頂置反射鏡1043可用隨著該(該等)臂旋轉以維持在光學路徑中之適當位置之小的反射鏡1044區段替代。可設想其他軸上反射鏡配置；此列舉並非意欲窮舉。
所謂的軸外實施例(圖11至15)具有路徑1312在轂附近之一部分，其不與旋轉軸1310、1410重合。在此等實施例中，路徑1312在旋轉軸1310附近之一第一部分平行於旋轉軸1310或至少在八度內平行於該旋轉。路徑1330之接觸工作部件之一第二部分在八度內1412平行於該旋轉軸。另一選擇係，該路徑之該第一及第二部分在八度內可係相互平行。
此裝置可進一步包含控制自工作部件之讀取或向工作部件之寫入之一影像處理器1135及組裝對應於工作部件處跨越光學臂之掃掠之某一部分之一影像之複合影像資訊545A至545D之一影像處理器。舉例而言，該影像處理器可組裝對應於至少5、10或20度之掃掠之複合影像資訊。該複合影像資訊可係自工作部件讀取之資訊或其可係被寫入至工作部件或被重新取樣且寫入至工作部件之資訊之一映射。
當然，以上第一裝置之實施例、實施方案、態樣及特徵可以眾多方式組合以產生各種系統。藉由此陳述，意在揭示若干組合，該等組合如同多個獨立請求項一般，每一特徵皆與所有前述特徵相依，除非該等特徵可能在邏輯上不一致。
一進一步之實施例提供一種低成本、高通量光學處理裝置，其使用圍繞一轂旋轉之一個或多個光學臂以在一轂與工作部件之表面之間轉接影像資訊同時維持工作部件上之資訊與光學臂之轂處之資訊之間的一一致定向關係(甚至在該臂在工作部件410上掃掠一弧時)。個別光學臂可具有簡單光學器件且可係輕量。可使用多個臂來增加作為通過一全循環之一掃掠之一百分比之轉接資訊之工作循環。上述特徵、態樣等可與此進一步之實施例以諸多組態組合。
另一實施例提供一種高通量、低資料複雜性系統，其使用圍繞一轂旋轉之一個或多個光學臂以在一轂與工作部件410之表面之間轉接影像資訊同時維持工作部件上之資訊與光學臂之轂處之資訊之間的一一致定向關係430、445A至445B(甚至在該臂在工作部件上掃掠一弧時)。在時間上分離之影像可表示為彼此位移一位移向量而該等影像不旋轉。一工作部件相對於用於光學臂之一旋轉軸之運動亦可表達為一位移向量。兩個位移向量可相加。光學臂之旋轉速度及工作部件之相對移動可經選擇以產生影響影像之間的重疊之一合意關係。上述特徵、態樣等可與此其他實施例以諸多組態組合。
前述說明已細緻地提及在工作部件與轂之間轉接影像，此乃因影像資訊可在任一方向上轉接。為向一工作部件寫入，可將一SLM、DMD、(一個或多個)掃描雷射器或其他輻射源控制於轂及用於將影像投射至工作部件上之旋轉臂處。為檢驗一工作部件或成像一工作部件，可使用轂處之一偵測器來捕獲在光學組件下在該(該等)臂之遠端處自該工作部件掃描之一影像。
另一實施例包括用於掃描一大的扁平工作部件以使用具有一光學軸之一固定影像裝置430在該工作部件上讀取或寫入一影像855之一方法(圖14a至14b)。可準備或選擇影像855。提供在該影像裝置附近具有一入口光學軸且在該工作部件附近具有一出口光學軸之掃描光學器件。基本上，光學軸可係平行或反平行且與具有入口光學軸之固定裝置對準。本發明包括描述8度差之繪製實例。
掃描光學器件圍繞垂直於工作部件且在幾何結構上接近於入口光學軸(亦即，比出口光學軸近或近得多)之一旋轉軸旋轉。一控制器用於控制掃描光學器件之旋轉。部分影像可針對不同旋轉角度讀取或寫入。同樣，在光子飛行之前或之後，可在控制電子器件中建立一組合影像。
在一個實施方案中，影像445在掃描光學器件旋轉之同時被平移但並不被旋轉。另一選擇係，該等影像可旋轉且一組合影像545A至545D由相對於彼此旋轉之部分影像建立。
在另一實施方案中，進入及出來之影像可具有相同宇稱性。該x及y軸可按比例縮放及旋轉但不可反轉。在光學軸平行時，其必須係沿者光束自同一側可見，或在光學軸反平行時，其必須係沿著一個軸及逆著另一軸可見。
固定裝置可包含一雷射器二極體陣列、一LED陣列、一2D SLM 1130。一2D SLM可係一傾斜反射鏡、活塞式反射鏡或DMD裝置或一LCD快門裝置。一1D SLM可係一GLV。可使用一掃描器，例如，一聲光、多邊形或電光掃描器。一線陣相機、一面陣相機、一分光計、散射計或一干涉計可用於自工作部件讀取代替向其寫入之一系統中。掃描光學器件可包含反射鏡及透鏡。
雖然參考上述較佳實施例及實例揭示本發明，但應理解，應將此等實例視為一圖解闡釋性意義而非一限定性意義。在所述實施例、實施方案及特徵中暗示電腦輔助處理。因此，本發明可體現於用於使用在一工作部件上掃掠一弧之至少一個光學臂讀取或寫入該工作部件之方法、包含用於執行使用在一工作部件上掃掠一弧之至少一個光學臂進行讀取或寫入該工作部件之邏輯及資源之系統、利用電腦輔助控制來使用在一工作部件上掃掠一弧之至少一個光學臂進行讀取或寫入該工作部件之系統、施加有用於執行之邏輯之媒體、施加有用於執行使用在一工作部件上掃掠一弧之至少一個光學臂進行讀取或寫入該工作部件之邏輯之資料流、或執行使用在一工作部件上掃掠一弧之至少一個光學臂進行電腦輔助讀取或寫入該工作部件之電腦可存取輔助設施中。預期彼等熟悉此項技術者將易於想起將在本發明之精神及隨後申請專利範圍之範疇內之若干修改及組合形式。
110．．．扁平工作部件
120．．．平臺
130．．．寫入或讀取頭
132．．．RF電纜
150．．．終端透鏡
230．．．讀取/寫入頭
240．．．旋轉或擺動光學系統
240A．．．旋轉臂
240B．．．旋轉臂
250．．．轂
310．．．工作部件
330．．．轂/光學影像裝置
334．．．轉接軸
344．．．轉接軸
345A．．．遠端影像
345B．．．遠端影像
410．．．工作部件
430．．．轂/固定影像裝置/影像
445．．．像場/壓印/影像
545A．．．複合影像資訊/連續壓印
545B．．．複合影像資訊/連續壓印
545C．．．複合影像資訊/連續壓印
545D．．．複合影像資訊/連續壓印
630．．．光學影像裝置
645A．．．影像之經轉接版本
645B．．．影像之經轉接版本
852．．．反射鏡
854．．．反射鏡
855．．．影像
857．．．光學軸/旋轉軸
859．．．影像
861．．．反射鏡
862．．．對稱光學系統
863．．．對稱光學系統
864．．．光學組件
965．．．杜夫稜鏡
1010．．．工作部件
1020．．．平臺
1030．．．寫入或讀取裝置
1040．．．旋轉臂總成
1041．．．軸上反射鏡
1042．．．反射鏡或稜鏡
1043．．．大固定反射鏡
1044．．．反射鏡
1045．．．小固定反射鏡
1050．．．影像資料
1111．．．工作部件
1112．．．工作部件
1120．．．雷射器
1130．．．SLM/光學影像裝置
1132．．．偏振控制
1135．．．資料路徑/控制器/影像處理器
1140A．．．臂
1140B．．．臂
1140C．．．臂
1147．．．SLM
1148．．．轂
1149．．．SLM
1210．．．工作部件
1220．．．平臺
1230．．．雷射器
1242．．．軸外反射鏡或其他光學元件
1243．．．大固定反射鏡
1245．．．小固定反射鏡
1247．．．遠端反射鏡
1248．．．反射鏡或稜鏡/光學元件
1249．．．反射鏡或稜鏡/光學元件
1271．．．旋轉反射鏡或稜鏡
1310．．．旋轉軸
1312．．．路徑
1330．．．路徑
1341．．．臂之中心線
1362．．．光學元件
1370．．．簡單旋轉反射鏡
1371．．．多面軸外稜鏡或反射鏡/多面元件
1410．．．旋轉軸
1412．．．轂
1420．．．轂光學器件
1422B．．．轂光學器件
1424．．．轉接
1426．．．遠端透鏡
1428A．．．遠端光學器件
1428B．．．遠端光學元件
1430．．．工作部件
1710．．．旋轉軸
1712．．．轉接路線
1715．．．透鏡區段
1717．．．著陸區之後的轉接路線
1720．．．稜椎反射鏡
1722．．．表面
1724．．．臂
2024．．．轉接路線
2026．．．物鏡透鏡
2041．．．臂
2125．．．入射光瞳
2222．．．入射光瞳
2225．．．轉接光學器件
2320．．．稜椎反射鏡
2381．．．SLM或偵測器
2383．．．聚焦致動器
C．．．控制器
I．．．影像
ID．．．實例影像偵測器
IG．．．影像產生器
IG1．．．可能之影像產生器
IG2．．．可能之影像產生器
IG3．．．可能之影像產生器
IG4．．．可能之影像產生器
IG5．．．可能之影像產生器
IG6．．．可能之影像產生器
IG7．．．可能之影像產生器
IG8．．．可能之影像產生器
L1．．．透鏡
L2．．．透鏡
M1．．．反射鏡
M2．．．反射鏡
P．．．圖案
PD1．．．位置偵測器
PD2．．．位置偵測器
R．．．轉子
RD．．．轉子驅動
WP．．．工作部件
圖1顯示曝露具有平行條之一扁平工作部件且具有一往復式掃描動作之一先前技術系統；
圖2顯示其中與圖1中之工作部件相同之工作部件曝露於藉助使用一固定寫入頭及旋轉掃描光學器件之一旋轉動作之一實例實施例；
圖3顯示進入至掃描光學器件中之影像之定向與自其出來之影像之定向相同之一實例實施例；
圖4至5繪示當固定影像裝置係二維時將連續壓印縫合在一起。另一選擇係，可使用一掃掠動作代替一壓印動作來在固定影像裝置與工作部件之表面之間轉接資訊；
圖6顯示與圖3中之類型之掃描動作相同但其中影像旋轉180度之掃描動作；
圖7在上部列中顯示可與一不旋轉像素圖相容之經旋轉及各向同性放大之影像。在下部列中係不可相容之經反轉影像之實例；
圖8a至8c顯示具有給出不旋轉像素圖之掃描光學器件之實例；
圖9顯示具有可設定為掃描光學器件之出口處之影像之任一合意定向之一反射鏡系統之一實例系統，其具有用於影像之旋轉之一杜夫稜鏡；
圖10a至10b顯示具有在轂之中心處(在轂之旋轉軸上)伸出之一寫入或讀取裝置之一對軸上寫入或讀取系統；
圖11繪示具有三個臂及在轂之對置側上之正被寫入之一對工作部件之一掃描系統；
圖12a至12b顯示具有八個臂之一軸外實施例及轂處之一旋轉稜鏡如何將資料依次成像至每一臂及如何依次將來自每一臂之資料成像；
圖13a至13b將軸上轉接臂與軸外轉接臂相比較；
圖14a至14b繪示用於產生垂直於工作部件之一光學軸之替代方式；
圖15在稜椎反射鏡後將一管筒透鏡引入光學組態；
圖16a至16c繪示有助於維持一影像之方位角定向之條件；
圖17繪示藉由保持內側轉接路線平行於旋轉軸來減輕一經轉接影像之旋轉之又一光學組態；
圖18至19圖解闡釋一四側稜椎反射鏡及一三側稜椎反射鏡之使用；
圖20圖解闡釋一頗小大小之物鏡透鏡之使用；
圖21圖解闡釋其中將束聚焦於一入射光瞳處並透過一遠心物鏡透鏡系統轉接之一設計；
圖22a至22b對比一大稜椎反射鏡與準許使用一較小稜椎反射鏡之光學器件之使用；
圖23繪示經簡化之光學器件；及
圖24顯示具有可能之影像產生器IG1-8及一實例影像偵測器ID之所揭示技術之另一實施例。
1111．．．工作部件
1112．．．工作部件
1120．．．雷射器
1130．．．SLM
1132．．．偏振控制
1135．．．資料路徑/控制器/影像處理器
1140A．．．臂
1140B．．．臂
1140C．．．臂
1147．．．SLM
1148．．．轂
1149．．．SLM

Claims (33)

  1. 一種向一工作部件寫入或自一工作部件讀取之方法，該方法包含：使用一固定光學影像裝置來形成或收集經轉接影像資訊；沿至少一個旋轉臂之光學器件在該固定光學影像裝置與該工作部件之一表面之間轉接該影像資訊；橫跨該工作部件之該表面上重複掃掠一彎曲條帶以寫入或讀取由縫合在一起之重疊影像所形成之一鄰接影像；及以一大致恆定方位角定向在該光學影像裝置與該表面之間轉接圖案資訊，其中當該光學影像裝置處之一設定影像與該工作部件上之該設定影像之經轉接版本維持一恆定角關係時該經轉接影像資訊之該方位角定向係大致恆定，其中當該等經轉接版本藉由該光學臂之5度掃掠分離時該角關係之旋轉變化不多於一0.5度。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包含確定每一重疊影像之柵格及藉由影像處理在該影像自身柵格與一共同參考柵格之間變換該影像。
  3. 如請求項1之方法，其中，該光學影像之設定影像對該工作部件上之該設定影像之經轉接版本維持一恆定角關係，當該等經轉接版本藉由該光學臂之45度掃掠分離時，該角關係之旋轉變化不多於一0.5度。
  4. 如請求項1之方法，其中該轉接該影像資訊進一步包含 橫穿耦合至該靜止光學影像裝置且定位於該旋轉臂之一旋轉軸處或其附近之一第一光學軸；及橫穿耦合至該表面且沿該旋轉臂定位在距該旋轉軸遠端出之一第二光學軸。
  5. 如請求項4之方法，其中該第一及第二光學軸在約八度內係大致彼此平行或反平行。
  6. 如請求項4之方法，其中該第二光學軸遠離該旋轉軸係該第一光學軸之至少十倍。
  7. 如請求項4之方法，其進一步包含當該第一及第二光學軸大致平行時保持該經轉接影像資訊之光學宇稱性。
  8. 如請求項4之方法，其進一步包含當該第一及第二光學軸大致反平行時反轉該經轉接影像資訊之光學宇稱性。
  9. 如請求項1至9中之任一項之方法，其中該光學影像裝置形成轉接至該工作部件之一影像。
  10. 如請求項1至9中之任一項之方法，其中形成該影像之該光學影像裝置係一SLM。
  11. 如請求項1至9中之任一項之方法，其中形成該影像之該光學影像裝置係一寫入束陣列。
  12. 如請求項1至9中之任一項之方法，其中該光學影像裝置偵測自該工作部件轉接之一影像。
  13. 如請求項12之方法，其中存在不同類型之兩個或更多個光學影像裝置。
  14. 如請求項13之方法，其中至少一個光學影像裝置透過一臂發射一勵磁束並接收自該工作部件返回之一影像。
  15. 如請求項1至9中之任一項之方法，其中在一系列脈衝壓印中轉接該經轉接影像資訊。
  16. 如請求項1至9中之任一項之方法，其中在一大致連續掃掠中轉接該經轉接影像資訊。
  17. 如請求項14之方法，其進一步包含確定該鄰接影像之每一部分之該柵格及在該鄰接影像之一部分之自身柵格與該鄰接影像之該柵格之間變換該鄰接影像之該部分。
  18. 如請求項17之方法，其中該鄰接影像之該部分係一部分影像。
  19. 一種向一工作部件寫入或自一工作部件讀取之光學掃描裝置，該裝置包含：至少一個光學臂，其圍繞一轂旋轉且具有一旋轉軸；一平臺，其上定位該工作部件，該工作部件垂直於該旋轉軸；一固定光學影像裝置；轉接光學器件，其沿該光學臂在該固定光學影像裝置與該工作部件之一表面之間轉接影像資訊；及一影像處理器，其組裝對應於在該旋轉臂在該表面之部分上掃掠時經轉接之該影像資訊之一鄰接影像，其中該影像處理器，在一寫入裝置中，將該鄰接影像之部分寫入至該表面上以形成一鄰接彎曲條帶；或者在一讀取裝置中，自該表面上之一鄰接彎曲條帶讀取該鄰接影像之部分且在記憶體中將該等部分縫合在一起 以形成該鄰接影像；其中該轉接光學器件以一大致恆定方位角定向在該光學影像裝置與該表面之間轉接該圖案資訊；其中當該光學影像裝置處之一設定影像與該工作部件上之該設定影像之經轉接版本維持一恆定角關係時，該經轉接影像資訊之該方位角定向係大致恆定，其中當該等經轉接版本藉由該光學臂之5度掃掠分離時該角關係之旋轉變化不多於一0.5度。
  20. 如請求項19之裝置，其中該光學影像裝置對該工作部件上之該設定影像之經轉接版本維持一恆定角關係，當該等經轉接版本藉由光學臂之45度掃掠分離時角關係之旋轉變化不多於一0.5度。
  21. 如請求項19之裝置，其進一步包含：該轉接光學器件之一第一光學軸，其耦合至該固定光學影像裝置且定位在該旋轉臂之一旋轉軸處或其附近；及該轉接光學器件之一第二光學軸，其耦合至該表面且沿該旋轉臂定位在距該旋轉軸遠端處。
  22. 如請求項21之裝置，其中該第一及第二光學軸在約八度內係大致彼此平行或反平行。
  23. 如請求項21之裝置，其中該第二光學軸遠離該旋轉軸係該第一光學軸之至少十倍。
  24. 如請求項21之裝置，其中當該第一及第二光學軸大致平行時該轉接光學器件保持該經轉接影像資訊之光學宇稱性。
  25. 如請求項21之裝置，其中當該第一及第二光學軸大致反平行時該轉接光學器件反轉該經轉接影像資訊之光學宇稱性。
  26. 如請求項21至25中之任一項之裝置，其中該光學影像裝置形成轉接至該工作部件之一影像。
  27. 如請求項21至25中之任一項之裝置，其中形成該影像之該光學影像裝置係一SLM、GLV、DMD或LCD中之任一者。
  28. 如請求項21至25中之任一者之裝置，其中形成該影像之該光學影像裝置係一雷射器二極體陣列或一LED陣列中之任一者。
  29. 如請求項21至25中之任一項之裝置，其中形成該影像之該光學影像裝置係一寫入束陣列。
  30. 如請求21至25中之任一項之裝置，其中該光學影像裝置偵測自該工作部件轉接之一影像。
  31. 如請求項21之裝置，其中該光學影像裝置係一線陣相機、一面陣相機、一分光計、一散射計或一干涉計中之任一者。
  32. 如請求項19至25中之任一項之裝置，其中該經轉接影像資訊係在一系列脈衝壓印中轉接。
  33. 如請求項19至25中之任一項之裝置，其中該經轉接影像資訊係在一大致連續掃掠中轉接。
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