專利名稱：光束診斷裝置和方法
技術領域：
本發明涉及光束診斷，尤其涉及利用相干光纖束以描述動態移動或靜止光束特征的光束診斷裝置和方法。
背景技術：
光束分析儀(beam profiler)或光束診斷裝置被用于例如描述入射到激光器或LED打印機的打印平面上的光束的空間、時間、焦距和能量特征。此外，光束分析儀可以被用于描述用于缺陷掃描、條形碼掃描或其它物理測量的激光掃描儀的光束特征。商業上可以獲得諸如Photon公司制造的動態或移動光束用BeamPro或Dynamic BeamProfiler的光束診斷裝置，如激光打印機中的裝置。在這些裝置中，激光打印機的激光頭的光束直接用位于光學系統的焦平面上的CCD或面積傳感器進行測量。
可以用于光束分析儀系統中的示例傳統光束分析頭64顯示在圖7中，其顯示了光束分析頭64的兩個視圖。如圖7中所示，光束分析頭64包括沿著一直線布置的多個單獨電荷耦合裝置(CCD)或其它面積陣列傳感器60。每個單獨傳感器60安裝在例如可以被定位以接收來自打印頭掃描線的光的安裝臺62上。
圖8示出了在圖像平面20中沿著掃描線21的光束30的光柵掃描。例如，這樣的光柵掃描表示激光打印頭的光學輸出。典型地，在光束30沿著掃描線21被光柵掃描時所述光束沿著實際的束徑82被調制產生多個單獨的脈沖80。如所示出的那樣，立即會產生兩個問題弓彎和線性。光束30的彎曲描述了束徑82從掃描線21的發散。線性指的是沿著掃描線21在單獨脈沖80的間隔中的變化。
如圖7所示，當前的光束分析頭存在問題。例如，光束分析頭64包括多個面積陣列60，每個面積陣列60需要單獨的用于每個陣列的單獨讀出和分析回路。此外，在一個幀中難于獲取所有面積陣列60中的數據。
此外，每個面積陣列60被安裝在保持器中，該保持器限制每個陣列60可以靠相鄰陣列多近。結果，存在對哪部分的掃描線21可以由分析頭64監測的限制。此外，每個單獨陣列60被安裝在襯底62上。這樣安裝的通常公差導致每個陣列60相對于襯底62在高度上發生變化。這導致這樣的事實不是所有的單獨陣列60都位于圖像平面20中，從而導致束徑82中的測量光束30變化。
除了動態光束外，存在其它的掃描縫隙系統，用于測量諸如LED打印頭中的靜態光束，或用于通過光束的靜態定位描述諸如缺陷掃描儀的動態掃描系統中的光束特征。剖面直接用布置在光學系統焦平面上的掃描縫隙直接測量。用于描述LED打印頭特征的掃描縫隙剖面分析方法在C.K.Kamimura和Y.Aiko的“高解析度LED打印頭(High Resolution LEDPrint Head)”(OKI Technical Review，Vol.64，pp.61-64，1998年8月)中進行了討論。標題為“具有規則光纖光陣列的電子掃描儀或打印機(ElectronicScanner or Printer with Ordered Fiber Optic Array)”的美國專利No.5155790公開了一種利用多個光纖導管的電子掃描儀或打印機。此外，光纖或光纖束的應用示例可以在諸如標題為“(用于排列圖像傳感器模塊的方法和裝置(METHOD AND APPARATUS FOR ARRAYING IMAGE SENSORMODULES)″的美國專利No.4,323,925，標題為″具有光纖光束的電子光學掃描儀(ELECTRONIC OPTICAL SENSORS WITH FIBER OPTICBUNDLES)″的美國專利No.4,441,817，標題為″光纖光傳輸裝置，模塊組件和制造方法(FIBER OPTIC LIGHT TRANSFER DEVICE，MODULARASSEMBLY AND METHOD OF MAKING″)的美國專利No.4,650,280，以及標題為″包括成束光纖的輻射圖像探測裝置(RADIATION IMAGEDETECTION APPARATUS INCLUDING BUNDLED OPTICAL FIBERS)″的美國專利No.5,550,380中找到。
但是，需要提供一種光束診斷裝置，能夠很容易對齊并對光束全部特征提供靜態或動態光束的同時測量。
發明內容
根據本發明，提供一種用于在打印平面周圍在多個任意位置上同時測量掃描光束或多個光束和描述掃描光束或多個光束特征的方法和裝置。本發明的實施例可以在所有的傳感器上測量光束空間剖面、傳播方向中的束腰位置、光束時間剖面以及光束位置。
根據本發明一些實施例的光束診斷裝置包括一組或更多組單獨相干光纖束，每組相干光纖束包括多個單獨光纖束，其中每個單獨光纖束的第一端被定位以接納來自成像平面周圍的一個或更多個光束的光學信息；以及相干光纖束的第二端被定位以將光學信息傳輸到能夠同時檢測來自每個單獨光纖束的第二端的光的光學傳感器。在一些實施例中，一組或更多組相干光纖束中的每一組傳輸光學信息以允許確定光束空間剖面、光束位置、束腰、光束功率以及光束時間剖面中的至少一個。在一些實施例中，光學信息包括圖像數據。在一些實施例中，一個或更多個單獨光纖束可以是放大束。
在一些實施例中，每組相干光纖束的單獨光纖束可以被布置以提供足以確定一個或更多個光束的一個或更多個特征的數據。在一些實施例中，一組或更多組相干光纖束包括每個單獨光纖束的第一端沿著成像平面中的路徑定位的一組相干光纖束。在一些實施例中，一組或更多組相干光纖束包括每個單獨光纖束的第一端沿著成像平面中的第二路徑連續定位的一組相干光纖束。在一些實施例中，一組或更多組相干光纖束包括每個單獨光纖束的第一端沿著第三路徑連續定位且其中第一端相對成像平面在深度上交錯的一組相干光纖束。在一些實施例中，來自一組相干光纖束的數據可以被用于確定束腰。第一路徑、第二路徑和第三路徑在一些實施例中可以是光束的掃描線。
在一些實施例中，一組或更多組光纖束的每個單獨相干光纖束的第二表面被陣列布置。在一些實施例中，所述面積或面積陣列是耦合的CCD相機以同時檢測來自每個單獨光束組的光。在一些實施例中，數據獲取和控制系統可以被耦合以接收來自所述面積或面積陣列傳感器的數據。
在一些實施例中，一個或更多個單獨光學傳感器被定位以檢測靠近成像平面中的單獨相干光纖束第一端的光。在一些實施例中，單獨光學傳感器被耦合到每個單獨相干光纖束的第一端的平面以傳輸光學信息從而允許進行光束功率和光束時間剖面(profile，模式)測量。
根據本發明一些實施例的描述光束特征的方法包括定位每個單獨相干光纖束的第一端，從而所述第一端位于光束的成像平面內或光束的成像平面周圍，以從所述光束中獲得光學信息；將每個單獨相干光纖束的第二端定位在光束平面上的陣列內；提供面積或面積陣列傳感器以收集設置在每個單獨相干光纖束第二端的光學信息；將來自面積或面積陣列傳感器中的數據接收到數據獲取和控制系統中；以及分析所述數據以提供光束的一個或更多個特征。在一些實施例中，光束的一個或更多個特征包括光束空間剖面測量、束腰測量、光束位置測量、光束功率測量以及光束時間剖面測量中的至少一個。在一些實施例中，定位第一端包括沿著成像平面中的路徑定位每個單獨相干光纖束的第一端。在一些實施例中，定位第一端包括沿著成像平面中的第二路徑連續定位單獨相干光纖束的第一端。在一些實施例中，定位第一端包括從成像平面在不同高度定位單獨相干光纖束的第一端。第一路徑和第二路徑中的每一個在一些實施例中可以是掃描線。
下面參照下述附圖來進行說明這些和其它實施例。
圖1示出了根據本發明一些實施例布置的一組單獨光纖束的實施例。
圖2示出了根據本發明另一些實施例布置的一組單獨光纖束的實施例。
圖3A至3C說明了根據本發明一些實施例的打印滾筒光束診斷單元的實施例。
圖4示出了根據本發明實施例的用于確定束腰位置和時間-衍射-限制因子M2的光束散焦傳感器的實施例。
圖5示出了根據本發明一些實施例的打印滾筒光束診斷單元的另外的圖6示出了根據本發明一些實施例的激光打印機用傳感器滾筒設計的圖7顯示了傳統光束分析儀頭用的相機頭的實施例。
圖8說明了來自打印頭的光柵掃描。
具體實施例方式
本發明涉及用于獲取動態移動或靜態靜止光束的信息或特征的方法和裝置。本發明的實施例可以利用相干光纖束來傳輸光束橫截面的圖像或其它光學信息，從而所述光束可以利用面積或面積陣列傳感器被描示出剖面。所述光束可以是靜止光束。此外，所述光束可以動態掃描通過掃描路徑。此外，所述光束可以被調制。根據本發明一些實施例的光束分析儀系統可以被利用以描述這些光束的特征。
利用這樣的傳感器可以同時獲得用于描述光束特征的數據。在此說明書中，當一個或更多個光柵掃描內的或曝光期間的所有數據在面積或面積陣列傳感器的一幀內被捕獲并傳輸到數據獲取和分析儀器時，可以同時獲得數據。一幀是面積或陣列傳感器的一次讀出循環所需要的時間。一個光柵是光束橫過光束路徑一次并回到其起始位置所需的時間，即光柵掃描的光柵時間。在靜止光束中，曝光時間是傳感器暴露給光束的時間。尤其是，此處公開的方法和裝置可以用于實時指向入射到激光和LED打印機的打印平面，應用到諸如缺陷檢測、條形碼掃描或物理測量的激光掃描儀的掃描平面上的光束的空間、時間、焦距和功率特征。
根據本發明的一些實施例，光纖束被布置，從而當前被分析的來自物體或光束的光被發送到二維傳感器陣列，諸如電荷耦合裝置(CCD)相機、CMOS成像陣列或光導攝像管攝像機，以允許同時在多個點同時測量光束。在一些實施例中，相干光纖束陣列組件被布置以將在諸如打印平面上沿著掃描線分布的圖像傳輸至面積或陣列傳感器用于獲取剖面。然后在面積或面積陣列傳感器中，可以獲得對來自打印平面周圍的多個任意位置光束的同時測量。在這樣的系統中，數據典型地集成在面積陣列中并順序傳輸到(以數字或模擬的形式)數據獲取系統中。相干光纖束可以沿著成像平面中的任意路徑分布。
在一些實施例中，具有相對于諸如打印機的打印平面位置交錯的端面的一組相干光纖束可以被利用以方便測量光束傳播散焦從而提供光束焦距位置和測量時間-衍射-限制因子M2，其限定在用于打印滾筒的ISO標準11146中，且不用移動滾筒傳感器。
本發明的一些實施例可以被用于測量光束剖面。光纖束的線性布置可以用來測量傳播方向中的光束空間剖面、光束位置、光束時間剖面，聚焦的束腰以及絕對和相對光束功率。此外，利用本發明的實施例光束測量非常快，因為所有的位置可以同時測量，即在一幀的面積或面積陣列傳感器內。此外，用于保持光纖束的光纖光學元件輸出端上的壁外涂層可以描述光纖束的位置。此外，在一些實施例中，一些光纖束的端部可以錐化，這樣它們起到放大的作用。在一些實施例中，一組光纖束的單個光纖束可以在焦平面內或圍繞焦平面以任意的方式來布置，以描述一個或更多個光束的特征。在一些實施例中，提供了幾組相干光纖束，每組相干束包括被布置以對一個或更多個光束特征提供數據的單獨相干光纖束。一些可以被測量的特征包括光束剖面、光束位置、光束功率、光束時間剖面和束腰測量。一些組的光束也可以用于光束特征化裝置的對齊或其它功能。
此外，利用在本發明一些實施例中的單片傳感器設計可以提供非常精確的度量衡。本發明的一些實施例可以利用具有變積分時間和增益控制的面積或面積陣列傳感器以優化光束剖面圖像獲取。
圖1示出了可以用于根據本發明一些實施例中的光束分析儀中的單獨光束組1。圖1中所示的組1包括多個單獨相干光纖束，每個相干光纖束具有第一端2和第二端3。在第一端2的光纖束組1可以被定位以在平面20中沿著掃描線21接收光束。第二端3的光纖組1束可以被布置以在平面22中將光傳輸到面積陣列4。組1中可以有任意數目的單獨光纖束。總之，第一端2上的光纖束1可以沿著平面20中或圍繞平面20的任意路徑或圖案被布置。
單獨光纖束可以由多個單獨的光纖形成。每個單獨光纖可以例如具有5或6um的橫截面。單獨光纖束可以具有幾毫米的橫截面。在單獨光纖束傳輸圖像數據的實施例中，每個單獨光纖束中的單獨光纖被布置成束以將來自第一端2的適當的光傳輸到第二端3。
組1中的單獨光纖束可以具有任何橫截面形狀。一些實施例可以是方形或矩形，同時一些可以是圓形或橢圓形。在一些實施例中，單獨光纖束可以放大。放大的單獨光纖束的橫截面在第二端2變窄。在一些實施例中，各相干光纖束可以鄰近聚焦在平面20上。
在一些實施例中，組1中的單獨光纖束可以被布置，從而單獨光纖束的第一端2沿著平面20中的掃描線21布置在任意位置。平面22上的第二端3的表面布置在面積陣列4中。所示出的光纖束數目和第一端2以及第二端3的布置是任意的。但是，在一些實施例中，在掃描線21上第一端2處的單獨光纖束的位置和第二端3處的陣列中的所述光纖束的位置之間有已知的對應性，這樣可以相對平面20中掃描線21上的位置分析入射光束。在一些實施例中，掃描線21可以是光束能夠被掃描的平面20中的任意路徑。
如圖1所示，光纖束1可以沿著平面20中的線21任意分開。在一些實施例中，第二端2的光纖束1可以沿著線21均勻分開。可以利用沿著線21的任意圖案的間隔。同樣如圖1所示，光纖束1中的每個光纖束以二維陣列的方式布置在第二端3。然后來自光纖束1中的每個光纖束的光可以通過被布置以在平面22上接收光的面積或面積陣列(諸如電荷耦合裝置CCD相機、CMOS陣列或光導攝像管攝像機)同時讀取。這樣，連接到面積或面積陣列傳感器的計算機或分析系統可以在用于分析的單個幀中接收來自光纖束1中的每個光纖束的數據。
圖2顯示了具有用于沿著掃描線21連續覆蓋而布置的相干光纖束組5的實施例。組5的每個單獨光纖束的第一端2可以成形并布置以連續覆蓋掃描線21。再次，單獨光纖束的第二端3被布置以將光學數據傳輸到靠近光纖束5第二端3的面積陣列傳感器位置。在圖2所示的光纖束5的布置中，每個相干光纖束具有矩形橫截面，并且第一端2的表面被布置用于沿著平面20中的線21連續覆蓋且平面22中第二端3的表面被任意布置在面積陣列4中的。在一些實施例中，相干光纖束5中的每個光纖束可以被布置以連續地跨過平面22上的矩形區域。所示的光纖束數目和端面的布置可以是任意的。
圖3A顯示了根據本發明一些實施例的光束分析器6的實施例。光束分析器6例如可以是打印滾筒光束診斷單元。盡管圖3A顯示了圖1中的組1的使用，但是任意組的單獨光纖束都可以用在光束分析器6中。容納和保持相干光纖束的相干光纖成像模塊8可以沿著打印平面20布置，并將來自入射光束30的光束圖像傳輸到平面22中第二端3處的光纖端面。在一些實施例中，光束分析器可以成形以替換激光打印機中的色粉盒，由此相對于被分析的打印頭適當定位平面20。從平面22，來自第二端3處的每個單獨光纖束的光束可以使用光纖表面板10中的鄰近聚焦光纖光學元件或透鏡連接到面積或面積陣列傳感器11。在一些實施例中，光纖面板10也可以包括光束增強器。面積或面積陣列傳感器11提供電子信號至數據獲取和控制系統12，所述電子信號與接收來自平面22上的每個光纖束的光強度有關。然后，數據獲取和控制系統12編輯并分析接收來自面積或面積陣列傳感器11的電子數據以獲得剖面測量。
圖3B示出了組1的單獨光纖束的第一端2沿著掃描線21的布置。盡管在圖3B中顯示為一直線，掃描線21可以是任何所感興趣的掃描。組1的單獨光纖束例如通過環氧樹脂可以固定在保持器50中。在一些實施例中，具有固定在位的第一端2的保持器50可以被拋光以提供平面20。以那樣的方式，各單獨光纖束的第一端2位于平面20中。
圖3C示出了組1的單獨光纖束映射到陣列傳感器11上。在一些實施例中，面積陣列傳感器11可以是CCD陣列、CMOS陣列或光導攝像管攝像機。在一些實施例中，CCD陣列可以具有諸如大約4或5um的像素尺寸。從圖3C中可見，可以充分使用陣列傳感器11的表面。
在一些實施例中，在其沿著掃描線21光柵掃描時，各單獨光纖束的橫截面大于光束30寬度的3倍。此外，各單獨光纖束中的每個光纖在尺寸上大致與面積傳感器11中的像素尺寸匹配，例如大約4或5um。在一些實施例中，各單獨光纖束的數值孔徑(NA)可以在大約0.5或0.6之上。典型地，在打印頭中，光束在頂部死點垂直于成像表面20并在掃描中的其它地方以不垂直于成像表面20的入射角度進入光纖。各單獨光纖束的NA足夠高以收集光柵掃描中的非垂直入射光束。
如圖3A中所示，面積或面積陣列傳感器11同時測量來自所利用的光纖束陣列中的每個光纖束的光學輸出，所述光學輸出在一些實施例中可以是圖像。因此，來自面積陣列傳感器11的各電子信號對應來自各單獨光纖束之一的數據。然后數據獲取和控制系統12與來自具有平面20上的位置的面積或面積陣列傳感器11的數據相互關聯，允許精確和快速地分析光束30。
在一些實施例中，數據獲取和控制系統12可以是計算機系統。例如，數據獲取和控制系統12可以是基于計算機系統的PC，該計算機系統操作程序以分析從面積或面積陣列傳感器11接收的數據。在控制系統12中所執行的分析程序可以包括校正軟件以校正永遠平面20中的第一端2或平面22中的第二端3中的錯排的數據，從而導致圖像傾斜映射到面積陣列11上。這樣的旋轉和位移可以通過用已知的光束或已知的打印頭測量各分析器6確定。此外，對各光纖束的單獨光纖中的不一致可以進行數據校正。此外，每組單獨光纖束提供用于確定光束30的一個或更多個特征的數據。在這樣的情況下，分析器12也操作用于確定來自從區域傳感器11接收的數據的那些特征的軟件。
圖4示出了束腰位置傳感器的實施例，束腰位置傳感器包括分段單獨相干光纖束元件13，所述光纖束元件13在第一端14的不同高度具有用于單獨光束的段且在表面15上具有被傳輸的圖像。時間-衍射-限制因子M2、或光束傳播因子k的測量典型地需要在沿著光束30傳輸路徑的不同位置上多次測量光束寬度。圖4顯示了沿著傳播方向的光束30橫截面。在一些實施例中，組13的單獨光纖束的第一表面14允許沿著光束30傳播方向進行五次測量。在一些實施例中，組13還可以包括具有第一端34的單獨光纖束。根據ISO標準11146，M2通過最小束腰的大約一個瑞利長度內的五個光束直徑測量以及在從最小束腰大于大約兩個瑞利長度的距離上對光束直徑進行另外五次測量確定。組13允許在第一端14進行測量以及在一些實施例中在第一端34測量。M2的靠近測量通過光束30腰部的測量在圖像平面20上提供光束30焦距的確定。在一些實施例中，利用如圖4所示的相干光纖束13的M2的測量與ISO標準11146的精神一致。
圖5顯示了具有打印滾筒光束診斷單元6的實施例，包括沿著打印平面20定位的相干光纖成像模塊8。圖5所示的光束診斷單元6包括幾組單獨光纖束。如上，成像模塊8包括根據本發明實施例定位的光纖束組。如上所述，來自入射光束30的光束圖像傳輸到平面22上的第二光纖端面3并使用鄰近聚焦光纖光學元件或光纖面板10中的透鏡耦合至面積陣列傳感器11。來自面積陣列傳感器11的數據被接收在數據獲取和傳感器控制系統12中，所述系統基于接收到的數據描述光束剖面的特征。
在一些實施例中，光纖成像模塊8可以包括單獨光纖束組1和單獨光纖束組13，所述單獨光束組1具有沿著圖像平面20掃描線21定位的第一端，而單獨光束組13具有沿著掃描線21定位但是圍繞平面20交錯的第一端15。也可以包括另外組的單獨光纖束。組1例如可以用于測量光束剖面和光束位置。組13可以被用于測量束腰和焦距。在一些實施例中，一組單獨光纖束可以用于相對掃描線21定位診斷單元6。各光纖束可以固定在平面22上的兩維陣列上的預定位置，以用于通過面積或面積陣列傳感器11檢測。此外，各組單獨相干光纖束被布置，從而第一端沿著平面20中的一直線，但是在一些實施例中，用于測量不同實體的光纖束組可以沿著平面20中的不同直線布置。單獨光纖束組中的第二端被布置以利用面積陣列11。
在一些實施例中，光電檢測器17可以直接布置在平面20中以測量光束功率和時間剖面。在一些實施例中，光電檢測器17可以用光纖耦合到平面20，在一些情況下使用相干光纖束。來自光電檢測器17的光電檢測器信號18可以輸入到信號調節電子裝置19中。來自電子裝置19的輸出信號可以由數據獲取系統12接收用于進一步分析。
圖6顯示了用于激光打印機的傳感器滾筒設計的實施例。如上所述，傳感器滾筒設計例如可以成形為象色粉盒一樣以用于相鄰于打印頭直接布置。如圖6中所示，單獨相干光纖束組可以沿著多于一個的掃描線52布置。總之，各掃描線52接收來自打印頭的一個光柵掃描的光，并且由此掃描線52的數目和通過打印頭掃描的單獨光束的數目相同。例如彩色打印機可以具有多個掃描線。
如圖6中所示，第一組60單獨光纖束可以具有協助對齊傳感器滾筒和打印頭的延長的單獨光纖束。第二組1單獨光纖束包括具有沿著掃描線52布置的第一端2的單獨光纖束。第三組13也被顯示，且光纖束沿著掃描線52布置，并具有圍繞平面20的第一端15。任何數目的光纖束組可以沿著線21布置，只受單獨光纖束本身的物理布置限制。圖6中所示的傳感器滾筒也包括用于測量絕對光束功率和光束時間剖面的光電檢測器17(或耦合到光電檢測器的光纖)。
如圖6中所示，顯示在滾筒和固定光學傳感器中的單獨相干光纖束組的布置允許收集數據以提供沿著與線52相關的掃描線掃描的光束的全部特征。使用這樣的布置，可以確定光束剖面、光束位置、束腰、時間和功率數據。
如上所述，根據本發明的實施例的傳感器滾筒包括一個或更多個具有任意橫截面的單獨相干光纖束組，其構造有沿著一個平面上的路徑任意布置的一端。單獨光纖束垂直于所述平面安裝以在光纖NA的限制之內收集入射到所述平面上的光。所有光纖的另外一端可以放在一起并聚焦在諸如CCD、CMOS成像陣列或視像管攝像機的面積或面積陣列傳感器上。單獨束將傳感器滾筒上的入射光束的圖像傳輸到成像裝置上以同時測量各圖像(所有的傳感器在相同的讀出周期中從成像裝置中讀取)。此外，一組單獨相干光纖束可以被安裝，從而第一端面在相對于打印平面的位置中稍微交錯，以沿著傳播的方向在不同的位置方便光束測量，并由此提供對聚焦束腰的位置的測量。對于光束功率和光束時間剖面測量，光電檢測器或多個光電檢測器在相干光纖束中沿著打印平面中的掃描路徑布置。根據本發明的整個打印機滾筒可以形成單個單片裝置。
本發明的一些實施例可以用于VCSELS或LED打印機診斷裝置中，所述裝置設計用于沿著打印平面在多個位置上測量CW或脈沖激光束特征。根據本發明的打印機滾筒或診斷裝置的實施例可以測量掃描激光打印光束中的光束，而不需要停止用于調整的打印頭的多邊掃描鏡。因此，可以根據本發明的診斷儀器進行使用球軸承或空氣支承主軸的打印頭中的f-theta透鏡的實時動態調整。此外，本發明的一些實施例可以被用于測量包括打印光束的多邊形掃描儀系統的特征。
根據本發明的診斷儀器的實施例可以作為單獨的儀器或集成到自動測試和測量系統中來進行操作。作為單獨的儀器，這在研究和開發應用中是有用的，以構造、測試和驗證設計，并且在用于調整打印頭光學器件的制造和生產中比較有用。作為自動系統，它的用途有作為組裝的打印頭的最后調整和質量保證用工具。在任一情況下，根據本發明的實施例診斷儀器相對諸如Photon公司的BeamScan、NanoScan或BeamProfiler系統的優點包括測量時間的大量節省以及生產率的大幅提高，這是制造低成本激光或LED打印機的關鍵。
從根據本發明的診斷儀器所獲取的光束圖像數據的分析可以提供諸如光束寬度、點尺寸和質心位置的參數。為了看到掃描光束打印點，例如，所述光束被調制“ON”用于單點時間或打印點，像在實際的激光打印機中。通過在光束掃描通過連續或多個單獨傳感器時在合適的時候調制光束為“ON”或“OFF”，所測量的光束參數可以單獨或一起使用以確定諸如點尺寸、剖面、功率、面-面傾斜、面-面反射率、掃描至掃描抖動、掃描線彎曲、掃描線扭曲以及啟動掃描抖動之類的打印頭參數。對于脈沖激光束，也可以測量組合電子/光學卷積。LED打印機陣列可以被分析并包括多個上述測量以及通過再次反轉合適裝置為“ON”或“OFF”在相鄰或分開裝置之間的對比。
總之，本發明的一些實施例將較寬的掃描路徑(線性、圓形或重復的任意路徑形狀)壓縮到單個或多個諸如CCD或攝像機或CMOS檢測器的小區域傳感器，然后所捕獲的信息在計算機中進行詳細分析。
此處所討論的實施例只是出于示例而不是為了限制本發明。普通技術人員可以在本發明的范圍和精神之內對本發明進行多種變化。
權利要求
1.一種光束診斷裝置，包括一組或更多組單獨相干光纖束，每組相干光纖束包括一個或更多個單獨光纖束，其中每個單獨光纖束的第一端被定位以接收來自成像平面周圍的一個或更多個光束的光學信息；以及相干光纖束的第二端被定位以將光學信息傳輸到光學傳感器，所述光學傳感器能夠同時檢測從每個單獨光纖束的第二端傳輸的光。
2.根據權利要求1所述的光束診斷裝置，其特征在于，光學信息包括圖像。
3.根據權利要求1所述的光束診斷裝置，其特征在于，每個單獨光纖束的第一端被適當定位以允許描述激光打印頭的特征。
4.根據權利要求1所述的光束診斷裝置，其特征在于，每個單獨光纖束的第一端被適當定位以允許描述LED打印頭的特征。
5.根據權利要求1所述的光束診斷裝置，其特征在于，每組相干光纖束的一個或更多個單獨光纖束被布置以提供數據來確定一個或更多個光束的一組特征。
6.根據權利要求5所述的光束診斷裝置，其特征在于，一組或更多組相干光纖束包括每個單獨光纖束的第一端沿著成像平面中的路徑布置的一組相干光纖束。
7.根據權利要求6所述的光束診斷裝置，其特征在于，所述路徑是掃描線。
8.根據權利要求5所述的光束診斷裝置，其特征在于，一組或更多組相干光纖束包括每個單獨光纖束的第一端沿著成像平面中的第二路徑連續定位的一組或更多組相干光纖束。
9.根據權利要求8所述的光束診斷裝置，其特征在于，所述第二路徑是掃描線。
10.根據權利要求5所述的光束診斷裝置，其特征在于，一組或更多組相干光纖束包括每個單獨光纖束的第一端沿著第三路徑連續定位的一組相干光纖束，其中所述第一端相對于成像平面在深度上交錯。
11.根據權利要求10所述的光束診斷裝置，其特征在于，所述第三路徑是掃描線。
12.根據權利要求10所述的光束診斷裝置，其特征在于，來自所述相干光纖束組的數據可以被用于確定束腰。
13.根據權利要求1所述的光束診斷裝置，其特征在于，一組或更多組光纖束的每個單獨相干光纖束的第二表面被布置在陣列中。
14.根據權利要求13所述的光束診斷裝置，其特征在于，所述面積或面積陣列傳感器是CCD相機，所述CCD相機被耦合以同時檢測來自單獨的光束組中每一組的光。
15.根據權利要求13所述的光束診斷裝置，其特征在于，面積或面積陣列傳感器是CMOS陣列，所述CMOS陣列被耦合以同時檢測來自單獨的光束組中每一組的光。
16.根據權利要求13所述的光束診斷裝置，其特征在于，面積或面積陣列傳感器是光導攝像管攝像機，所述光導攝像管攝像機被耦合以同時檢測來自單獨的光束組中每一組的光。
17.根據權利要求15所述的光束診斷裝置，其特征在于，還包括被連接以接收來自面積或面積陣列傳感器的數據的數據獲取和控制系統。
18.根據權利要求1所述的光束診斷裝置，其特征在于，還包括一個或更多個光學傳感器，所述光學傳感器被定位以檢測成像平面中的單獨相干光纖束第一端附近的光。
19.根據權利要求18所述的光束診斷裝置，其特征在于，單獨的光學傳感器傳輸光學信息以允許光束功率和光束時間剖面測量。
20.根據權利要求1所述的光束診斷裝置，其特征在于，一組或更多組相干光纖束中的每一組傳輸光學信息以允許光束空間剖面、束腰、光束位置、光束功率和光束時間剖面中至少一個的測量。
21.一種描述光束特征的方法，包括定位單獨相干光纖束的第一端，從而一組或更多組相干光纖束圍繞光束的圖像平面以從所述光束中獲得光學信息；將單獨相干光纖束的第二端定位在光束平面上的陣列內；提供面積或面積陣列傳感器以在單獨相干光纖束的第二端收集光學信息；將來自面積或面積陣列傳感器的數據收集到數據獲取和控制系統中；以及分析所述數據以提供光束的一個或更多個特征。
22.根據權利要求21所述方法，其特征在于，光束的一個或更多個特征包括光束空間剖面、束腰、光束位置、光束功率以及光束時間剖面中至少一個的測量。
23.根據權利要求21所述方法，其特征在于，定位第一端包括沿著成像平面中的路徑定位單獨相干光纖束的第一端。
24.根據權利要求21所述方法，其特征在于，定位第一端包括沿著成像平面中的第二路徑連續定位單獨相干光纖束的第一端。
25.根據權利要求21所述方法，其特征在于，定位第一端包括從成像平面在不同高度定位單獨相干光纖束的第一端。
26.一種描述打印頭特征的方法，包括相對于打印頭定位光束分析儀，光束分析儀包括一組或更多組相干光纖束，每組相干光纖束包括一個或更多個單獨光纖束；從面積或面積陣列傳感器獲取數據，所述面積或面積陣列傳感器被耦合以同時接收來自單獨光纖束的數據；以及分析所述數據以確定來自打印頭的光束的至少一個特征。
27.一種光束分析儀，包括用于從進入一組或更多組光纖束中的光束捕獲光的裝置；用于接收進入到面積或面積陣列傳感器中的光的裝置；以及用于分析來自面積或面積陣列傳感器的數據以提供所述光束的至少一個特征的裝置。
28.一種限定和調整打印頭的方法，包括相對于打印頭定位光束分析儀，所述光束分析儀包括一組或更多組相干光纖束，每組相干光纖束包括一個或更多個單獨光纖束，所述單獨光纖束被布置以將來自打印頭的光學信息提供至面積或面積陣列傳感器；獲取對應來自面積或面積陣列傳感器的光學信息的數據；分析所述數據以提供打印頭的至少一個特征；調整打印頭以影響至少一個特征。
29.根據權利要求28所述的方法，還包括基于至少一個打印頭特征中的一個特征廢棄打印頭。
30.根據權利要求28所述的方法，其特征在于，打印頭是激光打印頭。
31.根據權利要求28所述的方法，其特征在于，打印頭是LED打印頭。
32.根據權利要求28所述的方法，其特征在于，面積或面積陣列傳感器包括CCD相機。
33.根據權利要求28所述的方法，其特征在于，面積或面積陣列傳感器包括CMOS陣列。
34.根據權利要求28所述的方法，其特征在于，面積或面積陣列傳感器包括光導攝像管攝像機。
全文摘要
一種光束診斷裝置，包括一組或更多組相干光纖束，其中相干光纖束的一端被布置以接收來自動態移動或靜態光束的光學信息，相干光纖束的另外一端被布置以將光學信息傳輸到傳感器陣列。來自傳感器陣列的數據然后可以同時被分析系統獲取并被分析以確定光纖束的一個或更多個特征。
文檔編號G02B6/06GK1603868SQ20041008497
公開日2005年4月6日 申請日期2004年10月8日 優先權日2003年10月1日
發明者杰弗里·L·格特曼, 約翰·M·弗萊舍 申請人:沃頓有限公司