201403. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és elrendezés fénynyaláb átmérőjének meghatározására
1 HU 201403 B A találmány tárgya eljárás fénynyaláb átmérőjének meghatározására, amelynek során a fénynyalábot egymástól meghatározott távolságban sorban elrendezett fényérzékelő elemeket tartalmazó fotoérzékelőmátrixra vetítjük, és a fénynyaláb hatására a fényérzékelő elemekben keltett jeleket érzékeljük. A találmány tárgya továbbá elrendezés az eljárás foganatosítására, amely elrendeztés a fénynyaláb útjában - előnyösen hozzá merőlegesen elrendezett - egymástól meghatározott sorban elhelyezett fényérzékelő elemeket tartalmazó fotoérzékelőmátrixszal, valamint a fotoérzékelőmátrixszal összekötött kiértékelő rendszerrel van ellátva. A találmány felhasználási területe ipari körülmények között használt lézerek sugárátmérőjének folyamatos mérése, valamint optikai adatrögzítők optikai fejének mérése, minősítése, a leképezés beállítása. A fénynyalábok átmérőjét hagyományosan a fényútba helyzett keskeny résnek egy fotoérzékelő elem előtt történő elhúzásával mérik. A mérést utána a pontosság növelése érdekében a rés szélességétől függően dekonvolúciós eljárással kell kiértékelni. Amennyiben a mérés kívánt pontossága 1 pm alatt van, rés már nem használható, mert a legkisebb rés is 0,5 ± 0,2 pm. Ekkor használható szélesebb rés illetve egyszerű és (úgynevezett késéi) is. Itt az élátmenetre vonatkozó dekonvolúciós számítás elvégzésével kaphatjuk meg a fénynyaláb intenzitáseloszlását. Az élátmenet pontossága az, amely a mérés pontosságának határt szab. Finom (néhány pm-es nyalábátmérők esetén) mérésnél piezoelektromos transzlátorokat használnak ilyen megoldást ismertet pl. az US 3 902 085 (1975) lajstromszámú (Amerikai Egyesült Államok-beli) szabadalmi leírás. A piezoelektromos transzlátorok mozgatási pontossága 10-100 nm között van, de a mozgástartományuk (a kristály maximális feszültségen történő megnyúlása) igen korlátozott, kb. 30 pm. Ez a mérési elrendezés ezért csak a néhány mikronos tartományban lévő nyalábátmérő meghatározására alkalmas, és a mérőrendszert ki kell egészíteni egy nagyobb mozgásterű (általában mechanikus) transzlátorral is. Ez utóbbinak a mérés elkezdésénél a késéinek a nyaláb környezetébe mozgatását és pozicionálását kell biztosítania. Ez a mérési elrendezés aránylag robusztus, nehezen beállítható, és aránylag kis tartományban működik csak igen pontosan. Problémát jelent továbbá, hogy a mérés közben az egész rendszernek igen rezgésmentesnek, stabilnak kell lennie. AB lézernyaláb fókuszáltságát több találmányban ismertetett elrendezéssel lehet ellenőrizni. Ezek az elrendezések azonban csupán a fókuszáltság illetve defókuszáltság tényét és viszonylagos mértékét detektálják, de konkrét nyalábparaméterek meghatározására nem alkalmasak, ilyen jellegű elrendezések pl. a GB 4 546 460 lajstromszámú (1985), valamint a 2 057 218 lajstromszámú (Nagy-Britannia-beli, 1979) szabadalmi leírásokból ismertek. Találmányunk célja olyan új eljárás és elrendezés kifejlesztése, mely lehetővé teszi a fókuszálandó fénynyaláb átmérőjének meghatározását egyszerű, kis helyigényű mérési elrendezéssel. A feladat megoldására olyan eljárást dolgoztunk ki, amelynek során a fénynyalábot egymástól meghatározott távolságban sorban elrendezett fényérzékelő elemeket tartalmazó fotoérzékelőmátrixra vetítjük, és a fénynyaláb hatására a fényérzékelő elemekben keltett jeleket érzékeljük, és a találmány szerint a fotoérzékelőmátrixot fotoérzékelő sorával párhuzamosan mozgatjuk, a mozgatás során a fényérzékelő elemekben a fénynyaláb hatására keltett fotoelektromos jeleket meghatározott időközönként mérjük, a mért jelek értékének, valamint a fotoérzékelőmátrix pillanatnyi sebességének függvényében statisztikát készítünk, amely statisztikának jellemző paramétereit fénynyaláb átmérőre jellemző etalonértékekkel hasonlítjuk össze, amelynek során a vizsgált fénynyaláb átmérőjét az egyező etalonérték alapján határozzuk meg. Az etalonértékeket előzetes minősítő mérések alapján határozzuk meg, amely méréseket ismert átmérőjű fénynyalábokon végzünk. Ebben az esetben a fénynyaláb meghatározása kiegészítő számításokat nem igényel, a mért értékek kiértékelése előzetesen készített táblázatok alapján végezhető. Amennyiben nincs lehetőség megfelelő pontosságú etelon fénynyalábokkal történő hitelesítésre, az etalonértékeket számítással is meghatározhatjuk, amelyhez a fénynyaláb intenzitáseloszlásából és az egyes érzékelelemek helytől függő fotoérzékenységeloszlásából számított tér- és időfüggő konvolúciós integrálból meghatározható expozíciós érték, valamint a fénynyaláb és az egyes érzékelőelemek távolsága közti összefüggést használjuk fel. Az etalonértékeket olyan számítással is meghatározhatjuk, amelyhez az egyes érzékelőelemek és a fénynyaláb közti távolság valamint az egyes érzékelőelemekre eső fényteljesítmény közti összefüggést használjuk fel. A találmány szerinti eljárás egy másik foganatosítási módjával a fénynyalábot impulzusüzemben bocsátjuk a fotoérzékelőmátrixra. Á fotoérzékelőmátrix pillanatnyi sebességét a fotoérzékelősor érzékelő elemeinek egymást meghatározott időközönként követő jelsorozatainak összehasonlításával, az érzékelősorra vetülő fénynyaláb által a fotoérzékelősor elemeiben keltett jeleknek mozgatás miatti, egymáshoz viszonyított eltolódása alapján becsüljük. Ezáltal a mozgás paramétereinek méréséhez külön helyzetérzékelők nem szükségesek. A fotoérzékelőmátrixnak a mérendő fénynyalábhoz képesti pizíciónálását oly módon végezhetjük, hogy a mérést megelőzően a fotopérzékelőmátrix mozgatásának indítása előtt a fotoérzékelőmátrixot sorára valamint a fénynyaláb irányára merőlegesen annyira toljuk el, míg a fénynyaláb alatt lévő egyes érzékelő elemek fotoelektromos jele maximális értéket vesz fel. így a poziciónálás sem igényel külön helyzetérzékelők alkalmazását. Egymástól a mozgatás irányában megközelítőleg azonos távolságban levő és azonos szélességű és érzékenységű fényérzékelő elemek alkotta fotoérzékelőmátrix érzékelőelemeinek jeleiből (pl. fotoexpozíciójából) kapunk több (száz, ezer, tízezer) expozíció után statisztikai eloszlást. Az így kapott statisztikai eloszlás alapvetően függ a mérésben szereplő mérendő és ismert paraméterektől és ezek egymáshoz képesti viszonyától. Az ismert (illetve ismertnek tekintett: becsült) paraméterek felhasználásával kiértékelt statisztikai eredményekből a fotoexpizíciót létrehozó, a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
