专利名称：用于荫罩的椭圆激光探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及对具有类似尺寸小孔的阵列的材料的小孔尺寸测量，特别涉及对阴极射线管荫罩小孔尺寸的测量。
将荫罩用于粉色显示管中，以保证在发光屏上正确地再现目标颜色。一种荫罩类型为薄金属板材制成，在其上切割有基本平行的狭缝纵列。在纵列中的狭缝被连接带隔开，一般为具有倒圆角的矩形形状。相邻的狭缝纵列相互偏移以使在一纵列中的狭缝中心与相邻纵列的连接带中心对齐。其它类荫罩具有别的小孔形状，包括所有纵列小孔，与狭缝列相同，但连接带不同；和在金属板材上按行列排列的圆形小孔。
为保证良好的荫罩质量，已发展了大量技术来测量各种小孔尺寸。在最常用的方法中，通过向荫罩一侧投射光束，研究在荫罩另一侧的透过光来测量小孔。在现有技术中，当激光与荫罩相交时，激光束总是具有圆形横断面。在某些方法中，使该圆形激光束足够大，以覆盖几个小孔。由于光束如此之大，因此从该系统仅能获得关于小孔的大部分的平均尺寸。大光束并不能提供关于指定小孔特定区域的任何详细的信息。
另一种方法使用比指定小孔的最小可测尺寸更小的圆形光束。当荫罩横向移动时小光束沿一方向掠过荫罩。当激光点横扫过荫罩时，在荫罩另一侧的光传感器测量透过光强度。为计算小孔尺寸，该方法将荫罩划分为方块，使各小孔具有多个方块。为扫描整个小孔，小光束必须多次横扫过小孔，同时荫罩横向移动。在扫描一大组方块之后，通过比较各方块相对强度可测量各小孔尺寸。该系统要求既有大量的存储单元以追踪各方块的强度，又有均匀扫描荫罩的能力。
本发明是一种测量板材上小孔的激光探头系统。该系统用具有较大长轴和很小的短轴的激光束照射部分板材。从板材透过的光显示出小孔尺寸。
本发明特别适于测量荫罩小孔尺寸。由于椭圆形光束的短轴一次仅覆盖部分小孔，因而椭圆形光束提供比覆盖整个小孔的较大圆形光束更精确的测量。此外，由于椭圆形激光束的长轴跨过几个小孔，因此，它不必像小圆形光束那样在板材上扫描。
椭圆形光束可供测量圆形小孔直径，测量纵列小孔的宽度，以及至少进行狭缝小孔的三种不同的测量狭缝端附近的缝宽度；狭缝中心处的缝宽度；和平均光透过率。
通过确定透过光的最大强度值，来测量靠近狭缝端点的缝宽度。当将椭圆形光束在其长轴内入射在各纵列狭缝的整个狭缝上时，出现该最大值。在出现该最大值时，椭圆形激光的任何部分都未入射在倒圆角处和连接带上。用本发明，在板材移过激光束的显著时间周期内，光束强度值保持在最大值不变。该恒定的强度值由跨过并未碰掸倒角处的相对较长距离的较小光束短轴而引起。用该恒定的强度值除以总强度，并用在相邻纵列中心间的距离乘该结果就得到被照射狭缝在端点附近的平均宽度。
测量在狭缝中心的缝宽度类似于在端点附近的缝宽度测量，只是光束仅照射每隔纵列狭缝的中心。在照射的狭缝纵列之间的连接带被椭圆形光束照射。由于具有端点测量，所以使光束的短轴较小，以致在板材上存在光束并不与之相交的任何狭缝的倒角端区域。由于板材移动，该区域产生透过光强度的恒定最小值。该恒定最小值除以入射光总强度，并用在相邻纵列中心间距离的两倍乘该结果，就得到被照射狭缝在其中心的平均宽度。
图1是本发明激光探头的分解方框图；图2是表示由椭圆形激光束产生的照射带的典型荫罩的部分区域；图3A是当具有狭缝小孔的荫罩移过椭圆形激光束时的透过光强度的曲线，该曲线的位置与产生该强度值的荫罩的位置相对应；图3B是条状荫罩移经椭圆形激光束时的透过光强度曲线，该曲线的位置与产生该强度值的荫罩的位置相对应；图3C是点状荫罩移经椭圆形激光束时的透过光强度曲线，该曲线的位置与产生该强度值的荫罩的位置相对应；图4是椭圆形激光探测系统的侧视图5是椭圆形激光束73的横截面图；图6是光束放大光学系统72的一实施例的侧视图；图7是图6所示光束放大光学系统的俯视图；图8是光束放大光学系统72的第二实施例的侧视图；图9是图8所示光束放大光学系统的俯视图；图1是本发明椭圆形激光探测器20和荫罩22的分解框图。椭圆激光器24产生大量的椭圆形激光束26A、26B、26C、26D、26E、26F和26G。椭圆形激光束26A至26G入射在荫罩22上，穿过荫罩22上小孔(未示出)的光束部分分别形成透过光束28A、28B、28C、28D、28E、28F和28G。实际上，荫罩22沿与椭圆激光束26A至26G的传播方向垂直的方向移动。对于某些类型的荫罩，该移动使透过光束28A至28G随荫罩上的小孔移过椭圆形激光束26A至26G而相应地发生变化。
柱面透镜29A、29B、29C、29D、29E、29F和29G分别使透过光束28A至28G射向光电管30A、30B、30C、30D、30E、30F和30G。当光电管吸收来自透过光束28A至28G的光时，使各光电管产生每所吸收的光量相关的电流。
将光电管30A至30G分别单独地耦合到将光电管产生的电流转换为电压的互阻抗放大器32A、32B、32C、32D、32E、32F和32G。此外，将互阻抗放大器32H耦合到固定在椭圆邀光器24中的光电管。该光电管在下文中将进一步说明，它吸收具有与入射到荫罩22上的各椭圆形激光束26A至26G大体相同强度的参考激光束。因此，来自该光电管的电流是表示入射到荫罩22上的各激光束强度的参考电流。互阻抗放大器32H将该参考电流转换为参考电压。
将互阻抗放大器32A至32H的输出输入多端口多路转换器/模一数转换器34。多路转换器/转换器34将来自互阻抗放大器32A至32H的各模拟信号多路传输到一个信号线上，然后将多路传输的模拟信号转换为一系列的十二位数字字。在最佳实施例中，多路转换器/转换器34每秒对各模拟信号采样12,000次，并将这样的各采样转换为十二位数字字。多路转换器/转换器34将对模拟信号采样和转换所产生的一系列十二位数字字送入与计算机中心处理装置(CPU)36相连的十二位输出线。
由各组八位数字采样组成一系列数字采样。各组的八位包括一取自参考光电管的采样，以及一取自其它光电管30A至30G的各采样。对于各组八位采样，CPU36用来自参考光电管的参考值和存储在CPU36中的对应于每一光电管30A至30G的校正系数对来自光电管30A至30G的值分别进行补偿。用参考值调节取自光电管30A至30G的采样，以分别补偿激光束26A至26G强度的偏差。这些入射光束强度的偏差导致在透过光束28A至28G强度上的偏差，这并不是在荫罩方面发生变化的结果。为消除这些无用的偏差，用来自参考光电管的参考值跟踪入射光束强度。然后补偿该采样以计算在入射光束强度上的偏差。
由CPU36施加的校正系数对光电管间的差进行补偿。在激光探测系统20相对于荫罩22移动，以使荫罩22不再位于椭圆形激光束26A至26G与光电管30A至30G之间的校正阶段，确定用于各光电管30A至30G的校正系数。
在校正阶段，光电管30A至30G产生相应于椭圆形激光束26A至26G照射的校正电流，参考光电管产生相应于参考激光束照射的参考电流。互阻抗放大器32A至32G产生相应于校正电流的校正电压。这些校正电压由CPU36储存，并与来自互阻放大器32H的参考电压进行比较。根据这些比较情况，CPU36产生用于各光电管30A至30G的校正系数，该校正系数调整来自各互阻放大器32A至32G的电压值，以使调整过的电压值与来自互阻抗放大器32H的参考电压值一致。因此，校正系数调整电压值，以校正既不是由荫罩也不是由入射光束强度上的偏差引起的数值差别。对于最佳运作，应用标准基准校正光电管。
在补偿各采样之后，CPU36在存储器中储存已补偿的采样。然后，CPU36用某一储存的采样确定穿过椭圆激光束26A至26G的荫罩22上某一小孔的特征，对于与特定椭圆形激光束26A至26G相关的各组小孔，可确定分隔的小孔特征。关于小孔特征的信息被传送给显示器38，可以是阴极发光屏显示或打印输出显示。控制器利用该显示以检验荫罩被正确制造否。
图2是荫罩22的一种类型的部分区域的俯视图，它示出入射椭圆形激光束26A的横截面，荫罩22包括交错偏移的狭缝45纵列44。在各纵列中，连接带46使狭缝相互分隔。使交错偏移的纵列44相互分隔水平间距48，该水平间距48是从一纵列中心至紧相邻的另一纵列中心所测得的距离，荫罩上的各缝隙45具有缝宽50、缝长52以及中心51和倒角53。
椭圆形激光束26A照射荫罩一区域，其长轴54沿缝宽50方向、短轴56沿缝52方向。光束具有沿两个轴近似为高斯分布的强度分布。因此，椭圆形激光束26A的中心是光束的最亮部分，长轴和短轴的两端是光束的最暗部分。长轴54覆盖六列偏移的纵列44，而短轴56仅覆盖部分缝长52。而且，荫罩22沿短轴56和缝长52方向相对于椭圆形激光束26A移动。图2中的箭头40示出荫罩22的移动方向。经过椭圆形激光束26A的荫罩22的部分，在荫罩22上形成照射区域42。
虽然在图2中放大了，但短轴56典型地具有50微米的长度，这比连接带46的长度小得多。由于短轴56的该尺寸，椭圆形激光束26A一次仅照射缝长52的较小部分。按照以下进一步的讨论，该较小的照射区域可供对缝宽50进行更详细的分析。用椭圆形激光束26A，可测量靠近狭缝端部53和缝中心51处的缝宽50。并且，按照以下进一步的讨论，通过对透过照射区域42的光量求积分，可确定对于大量狭缝的平均透光率。
此外，虽然长轴54的两端在图2中处于狭缝列中，但这并不是本发明必需的位置，由于椭圆形激光束26A沿其长轴54近似为高斯强度分布，因而可使椭圆形激光束26A在宽度方向偏移，而不会较大地影响上述测量。然而，如果光束偏移，就必须进行小的校正以对偏离理想高斯强度的分布进行补偿。
图3A是当具有狭缝小孔45的荫罩22在预定距离上通过椭圆形激光束26A时，透过光束28A的相对强度值曲线。强度曲线上的虚线与当出现各个强度值时荫罩22上的椭圆形激光束26A短轴56的中心位置对齐。长轴54平行于如图2所示狭缝的宽度。
平底58表示测定的透过光束28A强度的最小值。平底58是在显著时间周期内的相对常数，并与椭圆形激光束26A经过各其余狭缝纵列的连接带46的时间有关。在该时间内，椭圆形激光束26A仅透过各其余狭缝纵列的狭缝。当椭圆形激光束26A开始跨入与连接带相邻的狭缝倒角53时，出现过渡段60。在过渡段60期间，随着椭圆形光束移向新照射的狭缝的恒定宽度部分，透过光强度水平增加。一旦椭圆形激光束26A抵达新照射的狭缝的最大宽度处，透过光强度变为在平顶62的相对常数。平顶62与椭圆形激光束26A经过各纵列狭缝的整个缝宽的时间周期有关。平均强度水平一直保持恒定直到部分椭圆形激光束26A一旦又跨入一组狭缝的倒角处。
通过对所有如平底58处的那些平底值求均值，用参考光束强度平均值除该透过光的平均平底强度均值，并用水平间距48的两部乘该结果，就可计算出由椭圆激光束26A在预定距离照射的所有狭缝的平均宽度。这样得到了照射的狭缝中心处的缝宽。
用平顶62的平均透过强度值可进行类似计算。但是，在用参考光束的平均强度除平均平顶强度值之后，仅用水平间距48乘该结果。这样得到了被照射的各狭缝端点附近的平均缝宽。
正如现有技术所述，通过对在所有时间内的透过光强度积分，并用在相同时间内的参考光束的强度积分除该结果，可得到所有狭缝的平均透射率。其结果给出了荫罩的透光率的一般测量。积分是在大量积分周期上进行，其中一个周期等于使椭圆形激光束26A横过一个狭缝和一个连接带的长度所用的时间。求大量的这种积分周期内的积分，使透过率的测量标准化。
在优选实施例中，CPU36利用在预定距离上的平均强度值，计算大量行列狭缝的缝端和缝中心处的缝宽度。虽然水平均值可掩盖在一行列狭缝中的问题，但是足以辨别缝宽度的变化。本发明的优点就在于平均宽度给出了有关平均中心宽度和平均端部宽度的特殊信息，而不是平均的总宽度。因此，本发明可检测出复杂狭缝的信息，这些信息可能被不太精确的测量仪器漏过。尤其是，本发明可检测加宽的缝端与狭窄的缝中心的组合情况。
此外，在典型的荫罩上，荫罩的不同区域具有不同的水平间距和不同的狭缝取向。在各区域内，间距和取向相对恒定以便在各区域内，在短距离上进行上述测量。即使如此，有关荫罩的这些变化是采用多激光束的一个理由。用多束，可与其它区域独立地确定荫罩各区域的缝宽。CPU36利用用于各区域宽度计算的恰当的水平间距进行该宽度计算。因此，用本发明，甚至可测量复杂荫罩图形的缝宽。
图3B是当条状荫罩66在预定距离内移经椭圆形激光束26A时，透过光束28A的相对强度值曲线，其中荫罩66是具有与荫罩22不同小孔的第二种荫罩。来自强度曲线上的虚线使特定强度值与产生该特定强度值的条状荫罩66上的区域的各点对准条状荫罩66包括与在荫罩22中所示的纵列类似的纵列小孔68，只是没有连接带46和倒角53。各列小孔68具有宽度70和由水平间距72隔开的中心。设置椭圆形激光束26A穿过条状荫罩66，以便长轴54沿宽度方向跨过几列小孔68。由于荫罩66没有连接带，因此，透过光束28A的强度并不随条状荫罩66沿垂直于宽度70的方向移经椭圆形激光束26A而变化。该恒定强度如图3B中的平坦强度线74所示。用参考激光束强度除该平坦的强度74，并用水平间距72乘该结果，CPU36就能确定移经椭圆形激光束26A的那部分小孔68的平均宽度70。正如荫罩22，多个椭圆形激光束可被用于确定在条状荫罩66的其它区域上的小孔宽度。
图3C是当点状荫罩80移经椭圆形激光束26A时，透过光束28A的强度曲线。点状荫罩80是具有圆形小孔82的行列的第三种类型的荫罩。各小孔82具有直径84和圆心86。各小孔圆心与另一小孔圆心相隔水平间距88、垂直间距90。在最佳实施例中，点状荫罩80沿垂直间距90方向移经椭圆形激光束26A，以便垂直间距90平行于短轴56，水平间距88平行于长轴54。
相对于点状荫罩80设置如图3C所示的强度水平，以便该任一强度值与产生该强度值的短轴54中心位置垂直对齐。图3C中的垂直虚线表示在两处点状荫罩80上的椭圆形激光束26A的边缘。在一处，椭圆形激光束26A与一行圆形小孔的圆心86对中，并产生最大值92。在另一处，椭圆形激光束26A产生最小值94，此时，它的中心位于相邻两行圆形小孔的圆心86之间。在强度的最大值与最小值之间是过渡段96。
由于椭圆形激光束26A的短轴54覆盖比贯穿圆心86的线更多的小孔部分，因此最大值92并不能直接测量直径84。但是，通过对小孔基本形状进行假设，可以用最大值92计算直径。通过对显示圆形小孔形状的过渡段96的形状进行分析，就可以部分证明有关小孔形太的假设。
虽然已相对于三种荫罩-荫罩22、条状荫罩和点状荫罩80描述了本发明，但本领域的技术人员将认识到，本发明可对任何具有小孔的板材确定小孔特性。
图4是椭圆激光器24、荫罩22、柱面透镜29A至29G和光电管30A至30G的局部框图，为了产生椭圆形激光束26A至26G，椭圆激光器24利用激光器100产生圆形激光束102。激光器100最好为1.8mw线性偏振的、633nm的He-Ne激光器。圆形光束102进入沿两个相互垂直的方向放大圆形光束的光束放大光学系统104。虽然圆形激光束102被表示为从激光器100发出并直接射入光束放大光学系统104，但本领域的技术人员将会理解如果用镜子将圆形激光束102导入光束放大光学系统104，则可不同地设置激光器100。
在最佳实施例中，光束放大光学系统104产生沿一个方向为圆形光束102的八倍、沿另一垂直方向为圆形光束102的两倍的光束。其放大结果是具有如图5所示的被放大的横截面的椭圆形激光束106。椭圆形激光束106具有短轴108和长轴110。在最佳实施例中，长轴110为短轴108的四倍。图4中，短轴108在图面之外，长轴110在图中平面上。
椭圆形激光束106从光束放大光学系统104射出，入射到正方体分束器112上。正方体分束器112以90°角度、保持短轴朝向图面之外反射椭圆激光束106。然后椭圆形激光束106碰撞分束器114A。分束器114A为本领域所公知的众多分束器中的任一种，但最好是使椭圆形激光束106分裂为相同强度的两束的一种。其中一束光束沿平行于椭圆形激光束106的入射方向，穿过分束器114A继续射向第二分束器114B。另一束光束被从分束器114A沿与椭圆形激光束106的入射方向垂直的方向反射而射向分束器114C。分束器114B和114C最好与分束器114A相同。
分束器114B和114C又分别对这两束光束进行分束。分束器114D将从分束器114B输出的一光束分束，使其中的半束射向荫罩22，另半束射向参考光电管116。光电管116产生代表入射光束强度的电流，并供给图1中的互阻放大器32H。按照下文进一步的讨论，入射在光电管116上的光束最好与椭圆形激光束26A至26G的强度相同。分束器114E将从分束器114B输出的另一光束分束，使其中的半束射向荫罩22、另一半束射向反射镜118A。反射镜118A然后将该光束反射到荫罩22。
分束器114F和114G分别对分束器114C的输出光束进行分束。这些分束器都分别将入射光束的一半射向荫罩22，另一半射向反射镜118B或118C。这些反射镜将其入射光束反射到荫罩。
该分束器和反射镜系统产生八束相同强度的椭圆形激光束。当它们到达荫罩或参考光电管116时，每一光束已通过了三个分束器，并且各束具有椭圆形激光束106的约八分之一的强度。因此，入射到参考光电管116上的光束具有与入射到荫罩的七束光中任一束基本相同的强度。
虽然为简化用八束激光束描述了本发明，但是最好是三十二束椭圆形激光束。由两个分离的各产生十六束椭圆形激光束的椭圆激光器产三十二束光束。来自十六束的各组的椭圆形激光束中的两束用作参考光束。
在入射到图4的荫罩22之前，来自反光镜118A和分束器114D以及114E、反光镜118B和分束器114F以及114G、和反光镜118C的分裂的椭圆形激光束，分别穿过三柱面透镜120A、120B和120C。柱面透镜120A至120C对分裂的椭圆形激光束的长轴尺寸无影响。但是，它们使分裂的椭圆形激光束的短轴聚焦为极短的长度。
柱面透镜120A、120B和120C分别产生入射到荫罩22的椭圆形激光束26E至26G、26B至26D和26A。在最佳实施例中，椭圆形激光束26A至26G都具有长轴对短轴为100∶1的比值，其中长轴具有约5mm的长度，短轴具有约0.05mm的长度。按照以上的讨论，该椭圆形给出既对狭缝中心又对狭缝端进行的狭缝宽度测量。
穿过荫罩22的椭圆形激光束26A、26B、26C、26D、26E、26F和26G的光分别变为透过光束28A、28B、28C、28D、28E、28F和28G。柱面透镜29A；29B和29C以及29D；29E以及29F和29G分别每柱面透镜120C；120B；和120A相对设置，并分别使在穿过荫罩22上的狭缝时发生绕射的透过光束28A；28B、28C和28D；28E、28F和28G的光改变方向。柱面透镜29A、29B、29C、29D、29E、29F和29G分别产生分别入射到图1中所述的光电管30A、30B、30C、30D、30E、30F和30G上的光束31A、31B、31C、31D、31E、31F和31G。
本领域的技术人员都会理解，当荫罩移经椭圆形激光束时，荫罩须垂直地保持稳定。荫罩的垂直偏移将使荫罩移出椭圆形激光束的短轴的聚焦收敛部分之外。在探头的前后可使用滚子，以在荫罩移经光束时协助垂直地限定荫罩。此外，荫罩平面应与椭圆形激光束的传播方向理想地保持正交，也就是说，应用补偿系数对荫罩平面与理想位置的任何偏移进行补偿。
图6和7示出光束放大光学系统104的一实施例。图6是如同图4所示的、光束的短轴在图面之外、长轴垂直地示于图面上那样的侧视图。图7是俯视图，长轴在图面之外而短轴垂直地示于图面上。
图6和7中，来自激光器100的圆形激光束102射入为具有15mm焦距的球面透镜的消色差透镜126。由于为球面的，消色差透镜126使圆形激光束102的长轴和短轴在距透镜15mm处会聚为大小为20微米的光束。
在距消色差透镜126约15mm的消色差透镜126的焦面上为针孔组件128。针孔组件128最好具有直径为40微米的圆形开口。针孔组件128消除圆形激光束102的周边的不需要的光。从针孔组件128射出的激光以大体为锥体的方式散射到距针孔组件128为30mm的复合柱面透镜130。如图7所示，复合柱面透镜130具有30mm的焦距，因而使入射在其上的激光准直，以使光束不再沿短轴方向放大。在复合柱面透镜130使激光准直的该点，沿短轴的束宽度为圆形光束102的两倍。如图6所示，复合柱面透镜130并不影响在长轴方向的激光光线的发散。
激光光线一直继续沿长轴方向放大，直到撞击到图6和7所示的复合柱面透镜132。复合柱面透镜132具有120mm的焦距，固定于距针孔组件128约120mm处。因此，如图6所示，复合柱面透镜132使激光光线平行，以使其不再沿长轴方向发散。并且，它对如图7所示沿短轴方向的激光光线无影响。当激光光线穿过复合柱面透镜132时，沿短轴方向继续使其准直。
设置柱面透镜132，以使从透镜射出的激光束横截面的长轴长度为圆形激光束102的八倍。由于沿短轴的激光束长度为圆形激光束102的两部，那么从图6和7的光束放大光学系统104射出的光束具有4∶1的长轴短轴比。
图8和9公开了光束放大光学系统104的第二实施例。图8示出了具有与图4所示相同方向的光束放大光学系统。图9示出俯视的光束放大光学系统。
图8示出对沿长轴方向的圆形激光束102进行的放大。具有焦距15mm的消色差透镜136将圆形激光束102的光线聚焦在相距约15mm的针孔组件138上的圆形小孔处。圆形小孔的直径约40微米，它滤出在光束周边的不需要的光线。从针孔组件138射出的激光光线以大体为锥体的方式散射，并入射到相距60mm处所设的柱面透镜140上。如图8所示，柱面透镜140并不影响沿长轴的光线发散。但是，具有+60mm的焦距的柱面透镜140使激光光线准直，以使其不再沿短轴发散。该准直示于图9中，其结果是光束的短轴为圆形激光束102的短轴的四倍。
从柱面透镜140，激光光线传送到设在距针孔组件138为120mm处的消色差透镜42。消色差透镜142为具有120mm焦距的球面透镜，它使激光光线既沿长轴又沿短轴折射。消色差透镜142的聚点使沿长轴发散的光线准直，不再沿长轴发散或会聚。此外，消色差透镜142使沿短轴准直的光线会聚在透镜前方120mm的点处。
距消色差透镜142约60mm处，激光光线入射在倒柱面透镜144上。倒柱面透镜144对沿长轴的光线无影响，因而光线沿长轴仍然是准直的。当激光光线从倒柱面透镜144射出时，其长轴的长度为圆形激光束102的长轴的八倍。
倒柱面透镜144具有-60mm的焦距。由此，在将激光光线已会聚为其短轴长度为圆形激光束102的短轴长度的二倍之后，倒柱面透镜144使激光光线沿短轴准直。因此，当其离开倒柱面透镜144时，光束的长轴与短轴之比为4∶1，并既沿长轴又沿短轴使光线准直。
通过产生其长轴与短轴之比为100∶1的椭圆形激光束，本发明提供了一种测量荫罩上所选部分的小孔宽度，而不用激光束扫描荫罩的装置。
虽然参照最佳实施例已描述了本发明，但本领域的技术人员会理解，可对形式和细节进行改变而不会偏离本发明的实质和范围。
权利要求
1.一种测量具有小孔的板材特性的激光探测系统，该激光探测系统包括至少一根探测激光束入射在板材的第一侧面，各探测激光束具有基本传播本方向、长轴和短轴，长轴和短轴相互垂直并与探测激光束的基本传播本方向垂直，长轴长于短轴；位于板材第二侧面的接收系统，该接收系统产生表示穿过板材上小孔的光量的检测信号；计算板材特性的装置，该计算装置与接收系统相连，能够根据接收系统产生的检测信号计算板材特性。
2.根据权利要求1的激光探测系统，其特征在于所述小孔包括多个狭缝列，各列被水平间距隔开，各狭缝具有在探测激光束长轴方向的宽度和在探测激光束短轴方向的长度，在各列中的狭缝相互之间被材料带隔开。
3.根据权利要求2的激光探测系统，其特征在于长轴至少为狭缝列间间距的二倍，短轴小于一个狭缝长度的二分之一。
4.根据权利要求3的激光探测系统，其特征在于能够由计算装置计算包括狭缝端部附近的缝宽、狭缝中心附近的缝宽、以及对于至少一个狭缝的整个长度的平均透光率来计算所述的特性。
5.根据权利要求4的激光探测系统，其特征在于带小孔的板材能够在与至少一根探测激光束的基本传播本方向正交的平面上，相对于激光探测系统移动。
6.根据权利要求5的激光探测系统，其特征在于计算装置包括确定在大于极小时间周期内具有恒定值的最大检测信号的装置；和利用至少一个检测信号最大值计算狭缝端部处的缝宽的装置。
7.根据权利要求6的激光探测系统，其特征在于计算装置还包括根据至少一个最大值确定均值的装置；用代表入射在板材上的光量的值除该均值，而产生商的装置；和用水平间距乘该商，并得到在板材上狭缝端部附近的缝宽测量值的装置。
8.根据权利要求7的激光探测装置，其特征在于激光探测系统还包括多根激光束，每束等同于探测激光束，每束入射在板材的各区域，每个激光束能够产生单独的探测信号，以及能够根据各单独的检测信号得到在板材上狭缝端部附近的缝宽的单独测量值的计算特征的装置。
9.根据权利要求5的激光探测系统，其特征在于计算特征的装置包括确定具有在大于极小时间周期内的恒定值的最小检测信号的装置；和利用至少一个检测信号最小值计算狭缝中心处的缝宽的装置。
10.根据权利要求9的激光探测系统，其特征在于计算特征的装置还包括根据至少一个最小值确定均值的装置；用代表入射在板材上的光量的值除该均值，而产生商的装置；和用两倍的水平间距乘该商的装置。
11.根据权利要求10的激光探测系统，其特征在于激光探测系统还包括多根激光束，各束等同于探测激光束，各束入射在板材的各区域，各束能够产生单独的探测信号，以及能够根据各单独的检测信号得到在板材上狭缝中心附近的缝宽的单独测量值的计算特征装置。
12.根据权利要求5的激光探测系统，其特征在于计算特征的装置包括对在第一时间周期内的探测信号积分，获得积分检测信号的装置；对在第一时间周期内代表入射到板材上的光量的参考信号积分，获得积分参考信号的装置；用积分参考信号除积分检测信号而获得平均透光率的装置。
13.根据权利要求1的激光探测系统，其特征在于探测激光束具有沿其长轴的空间强度分布和长轴长度，以致在板材与探测激光束之间沿短轴方向的相对运动就能明显地改变穿过板材的光量。
14.根据权利要求1的激光探测系统，其特征在于小孔包括小孔纵列，各列小孔具有至少一宽度，各宽度在至少一根探测激光束的长轴方向上。
15.根据权利要求14的激光探测系统，其特征在于计算特征的装置能够计算小孔的宽度尺寸。
16.根据权利要求1的激光探测系统，其特征在于小孔包括圆形小也，各圆形小孔具有直径。
17.一种测量可移动网状物上的狭缝宽度的方法，可移动网状物具有带中心的狭缝列，由水平间距使各列狭缝中心与另一列狭缝中心隔开，该方法包括将稳定的光线投向可移动网状物，该光线在任一时刻都仅照射网状物的一部分；检测从网状物透过的光量；基于被检测的光线产生电信号；确定基本上在时间周期内恒本定的电信号部分，各基本恒定部分具有值；和用基本恒定部分的电信号值计算所选透过光线区域的狭缝平均宽度。
18.根据权利要求17的方法，其特征在于通过以下步骤计算狭缝端部附近的平均宽度；确定基本恒定的电信号最大值，各最大值具有一值；用代表入射到网状物上的总光线的值除确定的最大值之一的值，获得商；和用水平间距乘该商。
19.根据权利要求17的方法，其特征在于通过以下步骤计算狭缝中心附近的平均宽度确定基本恒定的电信号最小值，各最小值具有值；用代表入射到网状物上的总光线的值除确定的最小值之一的值，得到商；和用两倍的水平间距乘该商。
20.一种测量具有小孔的板材特征的方法，该方法包括将至少一根探测激光束投射到板材的第一侧面上，各探测激光束具有基本传播方向、长轴和短轴，长轴和短轴相互垂直并与探测激光束的基本传播方向垂直，长轴长于短轴；检测穿过板材上小孔的光量；基于被检测的光量产生检测信号；根据检测信号计算至少一个板材特征。
21.根据权利要求20的方法，其特征在于计算至少一个板材特征包括确定检测信号最大值，各最大值具有值；和利用至少一个最大值，计算至少一个小孔的尺寸。
22.根据权利要求20的方法，其特征在于计算至少一个板材特征包括确定检测信号最小值，各最小值具有值；和利用至少一个最小值，计算至少一个小孔的尺寸。
全文摘要
用于测量板材上小孔的激光探测器具有激光束和检测系统。激光束具有相互垂直的长轴和短轴。长轴比短轴大得多。根据穿过板材的激光束部分确定小孔尺寸。通过在板材相对于激光束移动时，确定穿过板材的相对恒定的光量来测量狭缝宽度。
文档编号H01J9/42GK1157911SQ96110679
公开日1997年8月27日 申请日期1996年7月19日 优先权日1995年7月21日
发明者詹姆斯·R·芬德雷, 布鲁斯·兹莫曼 申请人:Bmc工业股份有限公司