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用于在工件上写入或读取图像的旋转臂
    相关申请
     本申请要求 2008 年 12 月 5 日提交的名为 “横跨工件使用旋转打印臂投影或查看 图像的方法和装置 (Method and Device Using Rotating Printing Arm to Project or View Image Across a Workpiece)” 的美国临时专利申请 No.61/200,970 的利益。
     背景技术 所公开的技术涉及扫描大型平基材以读取和写入图像。示例有平板显示器、 印刷 电路板 (PCB) 和光伏面板 (photovoltaic panel)。 “读取和写入” 应广义地理解 ： 读取可指 大型工件的显微检测、 探伤、 度量、 波谱检测、 干涉测量、 散射测量等， 而写入可指曝光光阻 材料、 通过光学加热退火、 烧蚀、 或通过光束在表面生成任何其它的变化。 具体说， 我们公开 一种技术， 其使用旋转或摇摆臂， 所述臂在扫描时横跨工件描绘出一圆弧， 而不是跟随常规 的直线运动。
     图 1 示出了现有技术扫描系统的一个变型。扁平工件 110 放置在载物台 120 上， 写入或读取头 130 对其进行扫描。载物台 120 在头 130 沿垂直方向扫描时沿一个方向送进 工件 110。在头 130 与工件 110 之间可放置一末端透镜 150。另一些系统具有固定的工件 和沿例如 x-y 轴等正交轴移动的扫描头。再一些系统具有固定的扫描头和沿正交轴移动的 载物台。这些构造各自具有其自身的机械特征， 所述机械特征影响它的有效扫描速度。
     例如， 扫描头通常需要保养， 例如冷却水、 气体或 RF 线缆 132。线缆和支持构件的 弯曲可影响可靠性和性能两者。 一些保养后的读取和写入头重量重、 体积大、 或以其它方式 不适于快速运动。
     依赖于 x-y 载物台运动的系统通常具有惯性大的重载物台， 其非常刚硬以避免下 垂， 并且比较不易受外部振动的影响。 沉重扫描载物台需要与它们的质量成正比的作用力， 以在它们改变方向时进行加速和停止。
     当对象面变大以及由更薄更容易变形的材料制成时， 写入的问题增多。较大的载 物台需要增加的刚性。更容易变形的材料需要一片一片地逐层进行图案操作。
     因此， 出现了机会， 以开发生产能力得到改善的新的快速扫描构造。 能够得到性能 高而成本比较低的系统。
     发明内容 所公开的技术涉及扫描大型平基材， 以读取和写入图像。示例有平板显示器、 PCB 和光伏面板。 “读取和写入” 应广义地理解 ： 读取可指大型工件的显微检测、 探伤、 度量、 波谱 检测、 干涉测量、 散射测量等， 而写入可指曝光光阻材料、 通过光学加热退火、 烧蚀、 或通过 光束在表面生成任何其它的变化。
     本发明提供一种用于对工件进行写入 ( 或读取 ) 的方法和装置， 其包括使用固定 光学图像装置， 例如调制器 ( 或检测器 )， 来形成 ( 或收集 ) 被中继的图像信息， 并进一步在 固定光学图像装置与工件的表面之间沿至少一个旋转臂的光学系统中继图像信息。
     具体说， 我们公开一种技术， 其使用旋转或摇摆臂， 所述臂在扫描时横跨工件描绘 出一圆弧， 而不是跟随常规的直线运动。 本发明的一个方面在于， 臂可在旋转圆盘或转子中 沿径向安置， 并且转子可具有数个臂， 例如 2、 3、 4、 6 或 8 个臂， 从而倍增单位时间的扫描表 面积。
     本发明的另一方面在于， 重、 复杂、 脆弱的机器部分、 或者昂贵的或需要多种连接 和服务的部分能够固定地安置在转子的中心或中枢附近， 并被多个臂共享。
     本发明的另一方面在于， 图像在固定安置在转子中枢附近的图像装置与工件之间 经由径向臂被中继， 并且被中继图像在转子旋转时是不旋转的或基本不旋转的。
     本发明的另一方面在于， 在转子旋转时生成多个局部图像， 并将这些局部图像拼 接成连续弯曲条纹。本发明的再一方面在于， 局部图像的拼接是以基本不旋转的位图进行 的， 但是其中像素栅格从图像到图像发生位移。 本发明的其它方面在权利要求、 说明书和附 图中有描述。 附图说明
     图 1 示出了以平行条带对扁平工件进行曝光并具有往复运动扫描动作的现有技 术系统。图 2 示出了一示例性实施例， 其中使用固定写入头和旋转扫描光学系统， 以旋转 动作对与图 1 相同的工件进行曝光。
     图 3 示出了进入和离开扫描光学系统的图像的取向相同的示例性实施例。
     图 4-5 示出了固定图像装置为二维时， 连续印记 (stamp) 的拼接。或者， 可使用扫 描动作， 而不是印记动作， 在固定图像装置与工件表面之间中继信息。
     图 6 示出了与图 3 类型相同的扫描动作， 但是图像旋转了 180 度。
     图 7 在上排中示出了与不旋转像素图兼容的已旋转的、 以及各向同性地放大了的 图像。在下排中是不兼容的反向图像的示例。
     图 8a-8c 示出了给出不旋转像素图的扫描光学系统的示例。
     图 9 示出了具有包括用于旋转图像的道威棱镜的反射镜系统的一示例系统， 所述 反射镜系统能够在扫描光学系统的出口处被设定成图像的任意期望取向。
     图 10a-10b 示出了一对轴上写入或读取系统， 其在旋转轴上具有投影在中枢的中 心处的写入或读取装置。
     图 11 示出了一个扫描系统， 其具有三个臂和在中枢的两相反侧受到写入的一对 工件。
     图 12a-12b 示出了一具有八个臂以及旋转棱镜是如何在中枢处将数据依次映射 至各臂或从各臂依次取得数据的离轴实施例。
     图 13a-13b 比较轴上和离轴中继臂。
     图 14a-14b 示出了形成垂直于工件的光轴的替代方法。
     图 15 在棱锥反射镜后向该光学构造引入管透镜。
     图 16a-16c 示出了有助于保持图像的方位角取向的条件。
     图 17 示出了又一光学构造， 其通过使内侧中继腿平行于旋转轴来减轻中继图像 的旋转。图 18-19 示出了四面和三面棱锥反射镜的使用。
     图 20 示出了小型物镜的使用。
     图 21 示出了这样一种设计， 其中光束在入射光瞳处被聚焦， 并经由远心物镜系统 被中继。
     图 22a-22b 对比了大棱锥反射镜的使用与允许使用较小棱锥反射镜的光学系统。
     图 23 示出了一简化的光学系统。
     图 24 示出了所公开技术的另一实施例， 具有可能的图像生成器 IG1-8 和一示例性 图像检测器 ID。 具体实施方式
     以下详细描述是参考附图做出的。描述的优选实施例是用于说明本发明， 而并非 是用于限制权利要求所限定的保护范围。 本领域的技术人员会意识到关于以下描述的多种 等同的变化。
     本公开覆盖旋转臂打印或查看装置的实施例， 其包括在臂的一端具有中枢而在另 一端具有光学系统的中继光学系统， 该中继光学系统使图像信息与工件的表面耦连。中枢 处的光学耦连可在旋转轴上或外。 在某些实施例中， 本发明提供一种用于对工件进行写入 ( 或读取 ) 的方法和装置， 其包括使用固定光学图像装置来形成 ( 或收集 ) 被中继的图像信息， 并进一步在固定光学 图像装置与工件的表面之间沿至少一个旋转臂的光学系统中继图像信息。 通过在工件表面 上重复地扫描弯曲条纹， 能够拼接在工件上的局部图像， 从而从重叠的局部图像写出连续 图像。
     在另一实施例中， 在光学图像装置与工件表面之间被中继的图案信息， 例如局部 图像， 以大致恒定的方位角取向被中继。在又一实施例中， 当光学图像装置处的设定图像 相对于工件上的设定图像的被中继版本保持恒定角度关系时， 即在被中继版本分开达大于 5 度旋转光学臂扫描幅度时， 角度关系的旋转变化不大于 0.5 度的情况下， 被中继图像信息 的方位角取向是大致恒定的。
     在打印臂的扫描期间维持图像的方位角取向使得能够生成代表工件的表面的连 续像素图。 在本发明的某些方面中， 像素栅格在连续局部图像之间发生位移， 而系统的数据 通路必须知道各区域的位移。于是数据通路中的计算操作可用于抵消各区域的位移， 以实 现在写入工件前或读取工件后对局部图像的拼接， 例如数据中的特征必须被移动以抵消位 移。
     本发明的一个方面在于， 臂可在旋转圆盘或转子中沿径向安置， 并且转子可具有 数个臂， 例如 2、 3、 4、 6 或 8 个臂， 从而倍增单位时间的扫描表面积。 另一方面在于， 重、 复杂、 脆弱的机器部分、 或者昂贵的或需要多种连接和服务的部分能够固定地安置在转子的中心 或中枢附近， 并被多个臂共享。 本发明的另一方面在于， 在固定安置在转子中枢附近的图像 装置与工件之间经由径向臂中继图像， 并且被中继图像在转子旋转时是基本不旋转的。本 发明的另一方面在于， 在转子旋转时生成多个局部图像， 并将这些局部图像拼接成连续弯 曲条纹。 本发明的再一方面在于， 局部图像的拼接是以基本不旋转的位图进行的， 但是其中 像素栅格在各图像间发生位移。
     该技术是通过通过参考中继光学系统而公开的， 因为它可用于对工件进行写入或 读取。例如， 它适用于对大面积掩模或印刷电路板直接进行写入。或者， 它可用于探伤大面 积掩模。它与例如载物台等工件定位机构一起使用， 其详情不属于本公开的范围。
     该技术的一些特别有用的应用用于在例如晶片的正面和背面、 PCB、 积层和中介层 基板等电子基板上写入图案， 用于柔性互连基板和用于掩模、 蜡纸、 模板和其它母盘。同样 地， 转子写入器可用于在显示器的面板、 电子纸、 塑料逻辑电路、 光生伏打电池上形成图案。 形成图案的步骤可通过对光阻材料进行曝光来进行， 也可经由其它光作用来进行， 例如热 或光化学过程 ： 熔化、 蒸发、 烧蚀、 热熔、 激光感生图案转印、 退火、 热熔的和光致的蚀刻和沉 积。
     本发明用极坐标扫描运动来替换常规笛卡尔平台型 xy 载物台。主要好处是较高 生产能力、 经济和机械简单性之一。 扫描动作通过旋转运动进行， 旋转运动在机械上比直线 运动更易于建立高精度。 转子周缘上的一点的位置精度由轴承的质量和角度编码器的精度 确定， 两个部件均能以高品质购买到。第二好处是减小扫描期间以及扫描行程之间的瞬态 力和振动。良好平衡的转子基本不发生振动或对支持结构的反作用力， 而往复的直线移动 每个行程需使它们的动量逆向两次， 并在这样做时生成强扰动。第四好处是具有较少机械 悬空装置且具有较高扫描速率。 对于具有数个臂的转子， 只需牺牲各行程的一小部分， 例如 具有四个臂的转子能够扫描 80 度圆弧， 而在一次转动的 360 度中， 扫描发生在 4×80 ＝ 320 度期间。往复运动将需要更多机械悬空装置， 而悬空装置随扫描速率增加而变大。 旋转运动在现有技术中在鼓式扫描仪和鼓式绘图仪中已有使用， 就较高的扫描速 率和减小的机械悬空装置而言， 具有相同优点。 但是对于不能安装在鼓上的基板， 尤其是大 型基板， 还没有使用旋转， 或许是因为机械复杂性。申请人已找到一实用方法， 使具有小区 域的固定图像装置以高速扫描大型扁平工件， 并拼接出连续图像。
     如上所述， 本发明的系统可以非常高的数据速率和生产能力建成， 并且可用于这 些特性是有用的场合的其它类型的形成图案 ： 照相排字 (photo-setting)、 打印、 雕刻、 做 安全标记等。转子具有平稳的运动和小的机械悬空装置， 即使是在高旋转速度下， 例如 60、 120、 300、 600rpm 或更高。扫描速度， 其是转子的圆周速度， 可高于与之相当的往复运动系 统， 例如 2、 4、 8、 20m/s 或更高。
     一可能系统的示例是直径为 1 米的转子， 其每秒旋转 3.3 转， 具有 20g 的向心加速 度。加速力对旋转部件给予恒定的作用力， 使得 50 克重的透镜将受到 10N 的外向恒定作用 力。具有四个臂时， 它以 10m/s 的圆周速率每秒写 13 个行程， 这对于往复运动载物台来说 是极其不可能的机械速度。此外， 在具有恰当平衡和轴承设计的情况下， 运动将是平稳的， 具有高机械精度， 并且只需维持少量动力。如果图像生成器是使用 2MHz 帧速来在工件上生 成一维局部图像的微机械一维 SLM， 则将沿扫描方向每 5 微米发生一次 SLM 的重新加载， 而 像素尺寸可以是 5×5 微米， 允许写入小于 15 微米的线宽。对于微机械 SLM， 例如具有大约 8000×1 像素的一维 SLM， 各行程将填充具有图案的 40mm 宽的条纹， 并且每秒覆盖 0.3 平方 米或每分钟覆盖 20 平方米， 对于非直线扫描有一定减小。与其它写入技术相比， 这是非常 高的覆盖速率。
     本发明的一重要方面是引入旋转光学系统， 以在工件上打印基本不旋转的图像。 本公开还给出获得正好不旋转图像的条件。 在实际情况下， 略微偏离这些条件也是适当的，
     例如因为转子的中枢附近的物理空间的原因。 本发明在发生角度小偏差的情况下仍然起作 用， 但是它们在数据处理中必须被修正。这将会有进一步描述。
     因此， 与其它写入 ( 或读取 ) 技术相比， 本发明能实现以非常高的覆盖速率在工件 上快速写入 ( 或读取 ) 图案的旋转扫描构造。如上所述， 本发明的旋转扫描构造能够允许 写入小于 15 微米的线宽。依赖于 x-y 载物台移动的现有最好写入 ( 或读取 ) 系统通常具 有沉重的载物台， 其惯性大， 通常非常刚硬， 以避免下垂。这些沉重载物台需要与它们的质 量成正比的作用力， 以在它们改变方向时进行加速和停止。通过引入即使在高旋转速度下 也具有平稳移动和小型机械悬空装置的旋转扫描构造， 本发明能提供性能改善了的解决方 案， 其也处理与沉重载物台和现有最好 x-y 载物台系统的大惯性相关联的上述问题。
     光学系统经由旋转臂中继图像， 同时在臂扫描工件时保持图像的方位角取向。我 们以如下示例来定义方位角取向 ： 考虑在钟面上取向为中午时的臂。在该位置， 字母 “R” 相 对于时钟上的中午， 在光学系统的两端均具有直立的取向。 然后， 当臂重新置于 10 点钟或 2 点钟时， 字母 “R” 在光学系统的两端仍将具有直立取向。在写入装置中， 在所有三个位置， 10、 12 和 2 点钟， 将以相同的直立方位角取向打印所投射的 “R” 。或者， 在探伤装置中， 在工 件上直立地位于 10、 12 和 2 点钟位置的三个 “R” 图像将被看作是相同的。或者， 字母 “R” 可被光学系统翻转、 旋转或变形。此外， 即使在这些转变后， 所投射的图像在 10、 12 和 2 点 钟三个位置均将具有相同的方位角取向。保持方位角取向使打印简化。图 4 示出了具有不 旋转光学系统的转子被旋转时被写入或读取的区域 445( 例如来自中枢 430 处的 SLM 或 CCD 相机的具有二维区域的示例 )。 图 4 中的区域以间隔取得， 所述间隔选择成使得水平方向的 像素栅格得以维持。纵向方向的像素栅格对于各区域是不同的， 具有由条纹的曲率给定的 位移。图 5 示出了一相似示例， 其中不考虑水平栅格地取得各区域， 例如以等间隔时间。像 素栅格在连续区域之间沿 x 和 y 均发生位移。为了拼接出连续图像， 系统的数据通路必须 知道各区域的位移。
     对于写入系统， 数据中的特征必须被移动以抵消位移， 并且在为写入硬件生成位 图的同时有必要考虑像素栅格位移。 对于读取系统， 可通过照片所用的已知方法拼接区域， 例如用于从多个图像拼接出全景图的方法。 在任一情况下， 在表面上均存在物理图像， 其在 位移区域中以及在数据通路或图像处理计算机中被图像装置处理， 即在写入前或读取后， 它作为连续图像文件而存在， 而不参考写入或读取硬件， 即连续图像的所有部分均具有共 同的基准栅格。
     可在已从机器几何结构确定局部图像的栅格后， 通过图像处理领域众所周知的方 法在硬件的栅格与基准栅格之间转换代表局部图像的位图， 例如用于所谓 “图像变形” 的算 法。 本申请人设计的用于将位移图像区域拼接在一起的信号处理方法也可用于被旋转的图 像区域。 小旋转比大旋转更易于处理， 大旋转具有莫尔效应、 分辨率损失和传感器面积的低 效使用等问题。 因此， 在不旋转区域的情况下， 更简单， 并且像质和速度更好， 而第二好的是 在相邻局部图像之间只旋转一个像素部分的区域。
     由于图像取向通过旋转光学臂得到保持， 能实现或简化重叠图像的计算， 即使印 记之间的重叠随旋转的角度过程而改变， 如图 5 所示。例如由一束放射线生成的一个图像 “印记” 可通过简单的位移矢量而与另一图像 “印记” 相关， 不用担心图像的旋转或扭曲。如 果工件处于运动中， 则第二位移矢量可解决光束闪烁之间工件的移动。 两位移矢量可相加。后面的更具体的公开示出了两组光学配置。第一组在旋转轴上使用光学中继器。 在两实施例中， 在轴上安置平的和弯曲的反射镜。 在变型中， 可使用一个或多个臂来在中枢 与扫描工件的远端臂端之间中继信息。 第二组在中枢附近使用光学中继器， 其是离轴的。 离 轴中继的示例包括三角形、 正方形棱锥和例如多面式反射镜等反射镜。
     在本发明的某些实施例中， 光学中继器是图像偏转装置， 例如棱镜或反射镜， 其可 安置在轴上或轴外， 并绕旋转轴旋转。 图像偏转装置可以是例如独立的元件， 其具有自身的 移动， 例如旋转运动， 该旋转运动至少在一定时间内与中枢的旋转轴的旋转运动是同步的 ； 或者图像偏转装置也可以是旋转中枢的一体部分。
     可使用一个或多个旋转光学中继臂来获得充分的扫描速度。 工件的运动并不一定 需要随转动光学器件逆转像扫描光学系统那样多的次数， 因为工件的更宽条纹能够被扫描 到。或者， 能够使用便宜得多的光学系统来实现宽扫描区域。
     图 2、 4 和 5 示出了通过圆弧而不是使用直线运动进行扫描的示例性实施例。在 所有图中， 光学系统被大幅简化， 以帮助理解各部件间的机械关系， 并让读者聚焦在旋转臂 上。读取 / 写入头 230 是固定的。光学图像在旋转轴附近的一个位置与远离中枢 250 的一 个位置之间被旋转或摇摆光学系统 240 中继。旋转光学系统可以是简单的和轻的， 例如只 由两个平行反射镜组成。它在工件上扫描出一圆弧 ( 图 4-5) 或摆动 ( 图 2)。工件 410 至 少相对于光学系统的旋转中心是可动的。工件可连续移动或分步移动， 以便扫描光学系统 能够到达工件的所有部分。控制系统从驱动运动的致动器或从位置和 / 或角度编码器得知 应该写入 / 读取工件的哪个部分。对于写入， 控制器控制意欲写入被处理区域的数据的发 送， 而对于读取， 在了解它来自哪里的情况下记录或分析所读图像或数据。 在打印臂的扫描 期间维持图像 430、 445 的方位角取向， 使得能够在对工件进行写入前或读取时生成代表工 件的表面的连续像素图。注意， 印记 (stamp) 之间的重叠取决于远端臂例如 545A-545D 在 旋转弧中的位置。
     圆形运动比直线运动容易控制。轴承， 例如液压轴承， 精确地限定出旋转中心。如 果旋转部件被做成如绕旋转中心具有平衡质量的车轮， 并被给予连续的旋转力矩， 则摆动 扫描臂所需的唯一能量抵消轴承中的摩擦。 转子， 包括旋转光学系统和机械支持件， 可以是 完全被动的。所有主动部件， 例如马达、 冷却部、 传感器等， 可以是基座和载物台的部件。
     所公开的技术以光学臂的连续旋转代替 x-y 扫描系统的往复运动。该旋转与环境 不交换能量， 并少量交换或不交换振动。 相比之下， 1m/s 的往复运动就在支持结构中引起振 动和往复运动机械作用力， 而旋转平衡的扫描器能够非常平滑地达到 10m/s。 用圆形运动代 替往复运动解决了光学扫描系统中的实际问题， 特别是对于扁平工件。
     在图 3 中示出维持图像的方位角取向。中枢 330 处的方位角图像被中继至旋转臂 240A、 240B 的端部。远端图像 345A、 345B 与中枢图像 330 具有相同的方位角取向。在所示 实施例中， 中继轴 334、 344 是平行的， 并沿相同方向传送图像信息。
     图 16a-16c 示出和限定出了中继图像的光学宇称性 (optical parity)。光传播 穿过由反射镜 M1 和 M2 所示的旋转光学系统。反射镜 M1 位于旋转轴处或附近。反射镜 M2 位于绕一中枢旋转的光学臂的远端处。 反射镜 M2′ ( 撇号 ) 表示处于一旋转位置的反射镜 M2。光束含有具有 x 和 y 方向的与图像有关的信息。X 和 y 方向， 当它们进入旋转光学部件 时， 与传播方向 z 组合而形成具有一定旋向性的三维坐标系， 图中示为右旋向性 (“RH” )。旋转光学系统可在光入射到工件前转变图像信息。图像信息的 x 和 y 方向可被转变， 但是 它们将相对于传播方向保持一些右或左旋向性。图像不旋转的条件是 ： 如果进入和离开旋 转光学系统的方向是平行的， 则在旋转部件的前后旋向性是相同的 ； 如果方向是反平行的， 则旋向性是相反的。这在图中示出。在图 16a 中， 反射镜 M1 前的旋向性与反射镜 M2 后的 旋向性相同。进入和离开是平行的， 在初始时和反射镜从初始位置 ( 实线 ) 旋转 90 度至新 位置 ( 虚线所示 ) 时均如此， x 轴和 y 轴未旋转。在图 16b 中， 反射镜 M2 被不同地安装， 使 得 z 轴逆向。Xyz 系统仍然是右旋的， 但是旋转部件前后的传播方向是反平行的。在该情况 下， 可看到当反射镜旋转 90 度时， 出射光束的 x 轴和 y 轴旋转 180 度。换言之， 当旋向性违 反以上给出的规则时， 进入和离开旋转光学系统的图像信息之间的方位角关系未被维持。 最后， 在图 16c 中， 引入第三反射镜 M3， 以使 xyz 坐标系的旋向性逆向， 使 xyz 成为左旋 LH。 逆向旋向性与进入和离开旋转光学系统的反平行的组合导致 x 和 y 取向不旋转。
     表达所述条件的另一方法是在旋转部件前后形成 xyr 坐标系， 其中 r 是旋转矢量， 即它平行于旋转轴， 并且旋转在沿 r 观看时是顺时针的。要获得不旋转图像的条件是 xyr 的旋向性在旋转部件前后是相同的。r 的大小 ( 即旋转的速度或角度 ) 也是相同的限制以 及形成所述条件的上一方法允许不旋转图像的条件推广至更复杂的几何结构。 图 4-5 示出了固定图像装置为二维时， 连续印记的拼接。或者， 可使用扫描动作， 而不是印记 (stamp) 动作， 以在固定图像装置与工件表面之间中继图像信息。在扫描动作 中， 图像装置可以是一维的， 也可以是光束阵列， 并且可在它沿弧进行扫描时， 或多或少连 续地中继图像信息。 在图 4 中， 固定图像装置 430 位于由绕一中枢旋转的一个或多个光学臂 描绘出的圆的中心处。该图中， 旋转是顺时针的。印记 445 映射至工件 410 的表面。通常， 来自写入的印记是由脉冲激光器、 SLM、 DMD、 GLV、 液晶快门系统或用于生成图像的类似装置 生成的。用于读取的印记， 如例如探伤或度量中使用的， 沿反向中继信息。图 5 示出了连续 印记 545A-545D 之间的重叠或所谓拼接是如何取决于光学臂相对于工件 410 的位置的。
     图 6 示出了与图 3 类型相同的扫描动作， 但是图像旋转了 180 度。 旋转和各向同性 的放大或缩小是保持图像的所谓宇称性的光学操作。在中枢与远端具有平行轴的系统中， 图像的宇称性在图像发生偶数次 (0、 2、 4...) 逆向时进入和离开扫描光学系统是相同的。 维持图像的宇称性会简化局部图像的融合。具有反平行轴的系统是特殊情况， 我们将在以 下参考图 8c 讨论它。
     图 7 在上排中示出了与不旋转像素图兼容的旋转了的和各向同性地放大了的图 像。下排中是与连续图像的直接融合不兼容的逆向图像的示例。
     图 8a-8c 示出了给出不旋转像素图的扫描光学系统的示例。图 8a 示出了一写入 ( 或读取 ) 系统， 具有两个平行的反射镜 852、 854 和位于反射镜 861 前的图像形成光学系 统。位于和离开中枢的轴 857、 857 是平行的。图 8b 示出了一读取 ( 或写入 ) 系统， 具有两 个平行的反射镜， 在扫描臂中具有对称光学系统 862、 863。 图 8c 示出了这样一种系统， 其中 光束在扫描臂的轴上方被引导， 并入射到光学部件 864， 例如固定的外部反射镜。光学部件 864 处理中枢处和离开中枢处的反平行图像路径的情况。
     图 9 示出了一示例系统， 具有反射镜系统， 其能够在进入与离开扫描光学系统之 间被设定至图像 855、 859 的任意期望旋转。道威棱镜 (Dove prism)965 是一个适合于旋 转图像的光学部件。如果道威棱镜设定成固定角度， 则图像将是不旋转的， 但是被转动
     (turned) 道威棱镜的角度的两倍。在旋转臂的同时， 旋转道威棱镜可以是一种以高精度控 制图像的旋转的方法， 例如用于抵消因不完美角度引起的残余旋转。
     图 10a-10b 示出了一对轴上写入或读取系统， 其在旋转轴上具有投影在中枢的中 心处的写入或读取装置。写入或读取装置 1030 可以是任意的图像形成装置， 例如 SLM 或显 示器， 或图像收集装置， 例如相机或其它检测器。两系统均使用反射兼折射系统来扫描半 径上的图像。扫描光学系统的旋转部是位于虚线矩形框 1040 内的部分。该系统使用具有 小固定反射镜 1045 和大固定反射镜 1043 的 Offner 投影系统。朝向或从工件引导的图像 数据 1050 被固定反射镜 1043、 1045 反射到一系列旋转反射镜上， 包括至少一个轴上反射镜 1041， 来自或到达写入或读取装置 1030。工件 1010 被支撑在载物台 1020 上。
     图 10b 示出了相似的系统， 其中大固定反射镜 1043 被反射镜 1044 的较小弯曲部 分替换。 在该构造中， 组合式反射镜 1044 的尺寸能够得到减小， 方法是将弯曲反射镜 1044、 1045 设定成运动状态， 或至少将尺寸得到减小的组合式反射镜 1044 设定成运动状态。
     具有三个、 四个或更多臂的系统能够被预想， 以增大系统的占空比 (duty cycle)， 使得写入或读取占据光学系统的每次旋转的更大比例。图 11 示出了一个扫描系统， 其具有 三个臂和在中枢 1148 的两相反侧被写入的一对工件 1111、 1112。该系统可具有 100％的占 空比。 各转子经由 60 度的弧进行写入。 一次只有一个臂 1140 进行写入， 交替地在两个工件 1111 和 1112 上。激光能量通过偏振控制器 1132 在两个 SLM 1147 和 1149 之间切换， 数据 流也在 SLM 之间切换。 由于激光器 1120 和数据通路 1135 是写入设备中最昂贵的模块之一， 本实施例设计成在臂中的 SLM 和光学系统具有低占空比 ( 分别为 50％和 33％ ) 时 100％地 使用激光器和数据通道。这可以是例如具有三个旋转臂 1140A-1140C 的写入系统的示例。 各臂可在设计上对应于图 3、 5、 8a-8c 或 9 中的任一个。该图概念性地示出了激光器 1120 和控制器 1135 发送数据至两个 SLM 1130， 其被中继 1132、 1147、 1149 至旋转臂。它示出了 各臂如何在各 SLM 前移动并在工件 1111、 1112 上写入一系列同心印记。虽然该图中示出了 两个工件， 但是更多工件可定位在转子下， 基于其尺寸。虽然该示例被描述为写入系统， 但 是中继方向可一样轻松地从工件返回到定位在激光器 1120 所在之处和其它地方的一对检 测器。
     图 12a-12b 示出了一具有八个臂以及在中枢处旋转棱镜是如何将数据依次映射 至各臂或从各臂依次取得数据的离轴实施例。图 12a 是展现了工件 1210 和载物台 1220 的 侧视图。激光器 1230( 或检测器 ) 中继数据经过离轴反射镜或其它光学系统 1242 至旋转 反射镜或棱镜 1271。一对反射镜或棱镜 1248、 1249 随臂旋转。使用棱锥形光学系统， 光学 系统 1248、 1249 的一侧在棱镜 1271 到大固定反射镜 1243 之间推送图像数据， 而另一侧在 大固定反射镜 1243、 远端反射镜 1247 和工件 1210 之间推送图像数据。
     图 12b 是紧上方描述的系统的俯视图。大固定反射镜 1243 被示出并被切去以展 现下方的特征。小固定反射镜 1245 也被示出并被切去以展现旋转棱镜 1271。图中小固定 反射镜略微偏移， 而不是应该那样的在装置中居中， 以使旋转反射镜 1271 更清楚。
     其它图进一步说明离轴几何结构。图 13a-13b 比较轴上和离轴中继臂。侧视图清 楚地对比了图 13a 的轴上配置与图 13b 的离轴配置之间在中枢处的中继。与俯视图相比， 侧视图更清楚地示出了该情况。一对俯视图对比了一简单旋转反射镜 1370 和多面式离轴 棱镜或反射镜 1371。在轴上系统中， 当臂从零度旋转至 45 度， 光学中继基本不变。离轴系统则不同， 因为从轴到多面式元件 1371 上的确切中继点的距离变化。多面式元件 1371 的 形成中继的部分从臂的中心线 1341 的一侧偏移至另一侧。在一些实施例中， 与轴上系统所 需的相比， 这需要相对于中枢定位在远端的较大的光学系统 1362， 其使中继保持在臂的中 心线 1341 上。
     图 14a-14b 示出了替代方法， 其用于生成垂直于工件 1430 的光轴， 在中枢 1412 处 使用非平行轴， 该轴相对于旋转轴 1410 倾斜。这些实施例在基本和旋转这两种情况下均将 光学中继带到远端透镜 1426 的中心。在图 14a 中， 在中继 1424 与中枢处的轴之间以及到 工件 1430 上， 内角是相等的。为匹配这些角度， 中枢光学系统 1420 与远端光学系统 1428A 之间的中继 1424 偏离垂直于旋转轴 1410 的平面。在图 14b 中， 中枢光学系统 1422B 的角 度从 1422A 得到调节， 以使中枢光学系统 1420 与远端光学系统 1428A 之间的中继 1424 保 持处于垂直于旋转轴 1410 的平面中。中枢光学系统小平面的调节后的角度在中继 1424 与 中枢处的各轴之间以及到工件 1430 上形成不相等的内角。远端光学系统 1428B 处的角度 是直角， 在垂直于旋转轴与垂直于工件的平面之间。
     在中枢处使用倾斜的入射角， 使得中继腿不平行于旋转轴， 生成一定的图像旋转。 在多数情况下， 该图像旋转是小的， 在 0-45°的棱锥旋转角范围内小于 0.5°。或者， 图像 旋转可在 0-5°的棱锥旋转角范围内小于 0.5°。
     图 15 在棱锥反射镜后向该光学构造引入管透镜。管透镜物镜配置成使得该系统 是远心的。需要略微超大的透镜来容纳棱锥形反射镜。在多种不同实施方式中， 向棱锥反 射镜入射的光束可平行于旋转轴， 也可倾斜。
     图 17 示出了又一光学构造， 其通过使内侧中继腿 1712 平行于旋转轴 1710 来减轻 中继图像的旋转。透镜部 1715 相对于中继腿 1712 的轴是不对称的， 因此在链接区 1717 后 的中继腿朝棱锥反射镜 1720 的表面 1722 弯曲。沿臂 1724 的中继垂直于旋转轴。
     图 18-19 分别示出了四面和三面棱锥反射镜的使用。这两个实施方式均是离轴 的。棱锥反射镜可使用更多数量的侧面。实际折衷是在损失投影时间与小平面的中心和边 缘间的半径减小之间做出， 其中损失投影时间是在光束骑跨旋转反射镜的两个小平面时发 生， 这是不利的， 而所述半径减小有利地影响沿光学臂的图像信息的中继， 使它保持靠近臂 的中心线。
     图 20 示出了小型物镜 2026 的使用。转子扫描器设计成使得光束瞄准物镜正面的 附近， 这减小物镜的尺寸。 另一方面， 小透镜不足以使中继腿 2024 与臂 2041 的中心线重合。 作为结果， 聚焦的光束将不垂直于工件。
     图 21 示出了这样一种设计， 其中光束在入射光瞳 2125 处被聚焦， 并经由远心物镜 系统被中继。然而， 这需要较大的物镜和更复杂的光学设计。
     图 22a-22b 对比了大棱锥反射镜的使用与允许使用较小棱锥反射镜的光学系统。 在入射光瞳 2225 前使用中继光学系统 2222 能实现使用较小的反射镜。
     图 23 示出了一简化的光学系统， 其将图像信息从 SLM 或检测器 2381 经由聚焦致 动器 2383 中继到棱锥反射镜 2320 上。聚焦致动器也可调整光束的方向， 以抵消棱锥小平 面中或由振动引起的误差。该实施方式示出了带有一个工件和一个 SLM 的四个臂的使用。 该实施方式的特征可与使用多个写入或读取装置和多个工件的其它实施方式组合。
     可想见的是， 可沿相同臂和通路使用多个写入或检测装置。 另外， 可绕旋转轴设置多个写入或检测装置， 以向多个工件或一个大工件进行写入。
     同样地， 本发明能实现在大型平基板上使用多种仪器以及以高速进行扫描， 例如 在太阳能电池板、 显示基板、 片状金属、 建筑玻璃、 辊到辊塑料 (roll-to-roll plastic)、 纸、 和类似物上。经由旋转臂， 图像能够在周缘处被捕捉到， 并被传至相机或光学分析仪器 所在的中枢处， 例如反射计、 分光光度计、 散射计、 多谱段相机、 偏光计、 荧光或光致发光仪 器。 复杂、 庞大或脆弱的仪器可安装固定在中枢处， 并仍然能访问例如在输送器上通过转子 下方的 2 米宽薄膜光伏面板的表面上的任一点， 从而能实现在不卸下片材以进行分析或停 止辊到辊流程的情况下， 在大工件上以密集栅格进行全范围探伤或分析。转子可只具有扁 平的光学系统， 或者它可在臂中具有反射中继， 允许从远红外线到深紫外线的消色差用途。 照明光， 例如用于荧光研究的紫外线， 可从中枢取得， 或者它可在转子内生成。
     图 24 示出了所公开技术的另一实施例， 具有可能的图像生成器 IG1-8 和一示例性 图像检测器 ID。图像生成器定位在一固定框体上， 而安装在转子 R 上的反射镜 M1 和 M2 发 送图像至转子的周缘， 在这里它扫描工件 WP。 透镜 L1 和 L2 形成中继器， 使图像生成器 IG 生 成的图像 I 形成清晰图像。转子驱动器 RD 使转子回转， 而角度由位置检测器 PD1 测量。载 物台的位置由第二位置检测器 PD2 测量。控制器 C 控制图像生成器， 以便在工件上正确地 形成图案 P。
     图像生成器可具有多种类型， 如示例 IG1-8 所示的 ： IG1 是窄的一维阵列的光调制 器， 例如光栅式光阀。IG2 是宽阵列的调制器， 其通过失真光学系统在工件上形成窄线。也 就是说， 调制器上与工件上的照明面积之间的比率沿 x 和 y 是不同的。 调制器的长宽比 ( 长 度对宽度 ) 至少比图像中的长宽比小两倍， 优选小 5 倍， 通常将小 10 倍。IG3 是二维阵列 的调制器， 例如微机械调制器阵列或二维阵列的 LCD 快门。IG4 是光斑栅格阵列， 例如由透 镜阵列形成， 其中每一透镜形成一聚焦光斑， 而聚焦光斑中的光被例如 LCD 快门或 DMD 芯片 (Texas Instruments 公司的 DLP 技术 ) 单独调制。光斑阵列也可由例如 VCSEL 激光器等源 阵列形成。在 IG5 中， 通过例如计算机控制全息图或 SLM 生成不规则阵列的聚焦光斑。该 不规则阵列例如可用于在晶片、 PCB 和其它基板中钻设通孔。IG6 具有作为图像生成器的扫 描光束， 例如由声光式或电光式调制器调制， 并由声光式、 电光式或机械式扫描器扫描的单 模激光束。IG7 具有被同时调制并平行扫描的多个光束。如果图案是重复的或固定模式的， 例如平行于工件的线型图案， 则如 IG8 中所示使用掩模或蜡纸作为图像生成器可能就足够 了。最后， 光学系统能够逆向， 并且图像生成器能够被图像检测器取代， 这里示出的标记 ID 象征性地表示相机。 照明源可具有适于以上各情况的性质 ： IG1-2、 IG4-7 可使用连续光源或具 有高频率的短脉冲的光源， 而 IG3-5 和 IG8 可用于脉冲光。代表图像检测器、 分光光度计、 时 间分辨光度计、 散射计等的相机 ID 可基于确切需求用于连续或脉冲光。
     如上所述， 本发明能实现在大型扁平基板上使用多种仪器以及以高速进行扫描， 例如在太阳能电池板、 显示基板、 片状金属、 建筑玻璃、 辊到辊塑料、 纸等上。 经由旋转臂， 图 像能够在周缘处被捕捉到， 并被传送至相机或检测器 ( 例如摄像机、 CCD、 CID、 CMOS 器件、 和 / 或 TDI、 强化的、 门控的、 电子雪崩、 单个光子、 光子计数、 干涉计的、 色度计的、 外差法的、 光电导的或辐射热测量的检测器或阵列 ) 所在之处或者光学分析仪器 ( 例如反射计、 分光 光度计、 色度计、 散射计、 多谱段相机、 偏光计、 或荧光、 光致发光或光声仪器 ) 所在之处的 中枢。其它可能用途用于热 ( 红外线发射 )、 颜色、 平整度、 光洁度、 膜厚、 化学成分、 清洁 度的光学测量， 或用于图案完整性或保真度的检验。该方法在需要所找到缺陷或特征的确 切位置或表面的图像的场合特别有利。 复杂、 庞大或脆弱的仪器可安装固定在中枢处， 并仍 然能访问例如在输送器上通过转子下方的 2 米宽薄膜光伏面板的表面上的任一点， 从而能 实现在不卸下片材以进行分析或停止辊到辊流程的情况下， 在大工件上以密集栅格进行全 范围探伤或分析。 转子可只具有平的光学系统， 或者它可在臂中具有反射中继， 允许从远红 外线到深紫外线的消色差用途。照明光 ( 例如用于反射光显微检测的可见入射光 ) 可从中 枢取得， 或者它可在转子内生成。数个仪器和 / 或写入模式可组合在一个转子中， 方法是组 合在一个光学臂中， 或采用不同的光学臂。至少一个仪器或光学图像装置可经由臂发射激 励光束， 并从工件接收返回的图像， 例如用于荧光研究的紫外线。 旋转可以恒定或变化的角 速度连续进行， 或者以间隙运动的方式被驱动， 特别是用于工件的随机存取分析。 成像光学 系统的调焦在扫描期间可以是固定的、 不时变化的或动态的， 并基于来自聚焦传感器的反 馈， 该反馈又基于干涉测量、 背向反射、 邻近纤维端、 光学三角测量、 光学散焦或视差 ； 流体 流量、 压力或粘滞阻力 ； 超声飞行时间或相位 ； 电容、 电感或指示距离或位置的其它适当现 象。
     一些特定实施例
     本发明可实施为一种方法或适于实施该方法的装置。本发明可以是制造物件， 例 如印刻有用于实施计算机辅助方法的程序指令、 或可与硬件组合以生产计算机辅助装置的 程序指令的介质。
     在该部分， 我们将就以下两方面来描述方法和装置 ： 可沿任一方向传送图像信息 的通路， 和可作为相对于工件发送或接收图像信息的发送器或接收器的图像装置。所公开 的方法之一是扫描工件 1111 的方法。该方法可适用于对工件的写入或读取。该方法涉及 使用绕中枢 1148 旋转的至少一个光学臂 1140A-1140C 来在光学图像装置 330、 1130 与工 件 310、 1111 之间中继信息。光学图像装置可以是写入装置， 例如 SLM 或 DMD， 或读取装置， 例如 CMOS 检测器阵列。它可以是二维或一维的， 并扫描。工件定位成大体垂直于光学臂的 旋转轴。被中继的图像信息在图像装置与工件之间保持大致恒定的方位角取向。在该方法 中， 中继沿着从工件 310、 1111、 经光学臂 1140A-1140C、 穿越中枢 1148 直到图像装置 1130 的通路进行。被中继的图像信息可沿该通路向任一方向传送。被中继信息的方位角取向被 定义为在光学图像装置 330、 630 处的设定图像相对于工件 310 上的设定图像的被中继版本 345A-345B、 645A-645B 保持恒定角度关系时， 在图像装置 330 与工件 310 之间大致恒定。 角 度关系视为大致恒定的条件是 ： 在光学臂扫描达 5°的旋量 347 时， 其变化不大于旋转度数 的一半。在一些实施方式中， 角度关系的变化将不大于光学臂扫描达 45°的旋量 347 时的 旋转度数的一半。工件上的直立 “R” 不管光学臂 240A-240B 在其旋转幅度 347 中是处于 10 点钟、 中午还是两点钟的位置， 均应该是直立的。
     在一实施方式中， 在该方法中使用的光学图像装置 330、 1130 形成被中继至工件 310、 1111 的图像。也就是说， 它对工件进行写入。该被中继的图像信息可按一脉冲式印记 系列被传送。或者， 它可作为扫描式写入光束阵列被传送。
     在另一实施方式中， 在该方法中使用的光学图像装置 330、 1130 检测从工件 310、 1111 中继来的图像。也就是说， 它对工件进行读取。该方法还可包括对工件进行读取或写入， 并组合与跨越光学臂扫描幅度的部分的 工件处的图像相对应的复合图像信息 545A-545D。例如， 复合图像信息可对应于至少 5 度、 10 度或 20 度的扫描幅度。 复合图像信息可以是从工件读取的信息， 也可以是待写入工件的 或待重新采样并写入工件的信息的图。
     当然， 上述第一方法的各实施例、 实施方式、 方面和特征可以多种方法组合以生成 多种不同的系统。
     第二方法实施例是对工件 1010 进行写入或读取的方法。 一固定光学图像装置 430 用于形成或收集被中继图像 1050 的信息 ( 图 4、 10 和 11)。该方法涉及使用至少一个旋转 臂 1140A-1140C， 其在光学图像装置 330、 1130 与工件 310、 1111 之间中继 1424 信息。光学 图像装置可以是写入装置， 例如 SLM 或 DMD， 或读取装置， 例如 CMOS 检测器阵列。它可以是 二维或一维的， 并扫描。 一弯曲条纹重复地扫描工件的表面， 以写入或读取从拼接的重叠图 像形成的连续图像 430。 最佳地， 在打印臂的扫描期间维持图像 430、 445 的方位角取向仅仅 用于在对工件进行写入前或读取后生成代表工件的表面的连续像素图。
     角度关系在其变化不大于光学臂扫描达 5°的旋量 347 时的旋转度数的一半时视 为大致恒定。在一些实施方式中， 角度关系的变化将不大于光学臂扫描达 45°的旋量 347 时的旋转度数的一半。工件上的直立 “R” 不管光学臂 240A-240B 在其旋转幅度 347 中是处 于 10 点钟、 中午还是两点钟的位置， 均应该是直立的。 在又一实施方式中， 图像 430 的信息的中继包括横移与固定光学图像装置耦连并 定位在旋转臂 1724 的旋转轴 1310 处或附近的第一光轴。第二光轴被横移， 其附接至表面 1722 并从旋转轴沿旋转臂定位在远端。第一光轴和第二光轴在约 8 度 1412 内是彼此大致 平行或反平行 859 的。
     在另一实施方式中， 第二光轴可距旋转轴 1310 是第一光轴的至少 10 倍远。
     在另一实施方式中， 当第一光轴和第二光轴 857 大致平行以及在它们大致反平行 859 而逆向时， 被中继图像 1050 信息的光学宇称性 ( 图 16a-16c) 被保持。
     在第一装置实施例中， 描述了光学扫描装置。 该装置可以是写入或读取装置 1030。 该装置涉及使用围绕具有旋转轴的中枢 1148 旋转的至少一个光学臂 1140A-1140C。该装 置具有中枢， 其可包括在光学图像装置 330、 1130 与工件 310、 1111 之间对信息进行轴上 ( 图 10) 或离轴 ( 图 11-15) 中继。工件在作为装置的一部分的载物台上， 定位成大体垂直 于光学臂的旋转轴。该装置包括图像装置 330、 1130。中继光学系统在图像装置 330、 1130 与工件 310、 1111 之间中继光学信息， 同时在图像装置 330、 630 与被中继版本 345A-345B、 645A-645B 处的图像之间保持大致恒定的方位角取向。在该装置中， 中继沿着从工件 310、 1111、 经光学臂 1140A-1140C、 穿越中枢 1148 直到图像装置 1130 的通路进行。 被中继的图像 1050 信息可沿该通路 1312 向任一方向传送。图像处理器 1135 通过扫描表面 1722 的一部 分的旋转臂 1724 来组合与被中继图像 1050 信息相对应的连续图像 430。当该装置是写入 装置时， 图像处理器 1135 将连续图像的一些部分写到表面上， 以形成连续的弯曲条纹。当 该装置是读取装置时， 图像处理器从表面上的连续弯曲条纹读取连续图像的一些部分， 并 在存储器中将这些部分拼接在一起以形成连续图像。 被中继信息的方位角取向被定义成在 其变化不大于光学臂扫描达 5°的旋量 347 时的旋转度数的一半时是大致恒定的。在一些 实施方式中， 角度关系的变化将不大于光学臂 1140A 扫描达 45°的旋量 347 时的旋转度数
     的一半。工件 1010 上的直立 “R” 不管光学臂 1140A 在其旋转幅度 347 中是处于 10 点钟、 中午还是两点钟的位置， 均应该是直立的。
     在一实施方式中， 所述装置还可包括附接至固定光学图像装置并定位在旋转臂 1724 的旋转轴 1310 处或附近的中继光学系统 2222 的第一光轴。中继光学系统 2222 的第 二光轴附接至表面 1722 并从旋转轴 1310 沿旋转臂 1724 定位在远端。
     在另一实施方式中， 第二光轴可距旋转轴 1310 是第一光轴的至少 10 倍远。
     在另一实施方式中， 当第一光轴和第二光轴 857 大致平行以及在它们大致反平行 859 而逆向时， 被中继图像 1050 信息的光学宇称性被保持。
     在又一实施方式中， 光学图像装置形成被中继 1132 至工件 1010 的图像 430。
     在替代实施例中， 通路 1312 的邻近臂 1724 的旋转轴 1310 的部分可以是轴上的 ( 图 10) 或离轴的 ( 图 11-15)。这些实施例可与上述实施方式和下面描述的其它特征以任 意变型进行组合。 在一些实施例中 ( 图 8a-8c、 10、 16a-16c)， 通路的邻近中枢的第一部分与 旋转轴 857、 859 重合。在这些所谓轴上实施例中， 通路的接触工件的第二部分可与通路的 与旋转轴重合的部分平行 857 或反平行 859 地延伸。对于轴上实施例， 可使用多种多样的 反射镜配置。例如， 反射镜或棱镜 854， 图 16M1， 可定位在旋转臂组件的上方， 并且能够将信 息直接中继到旋转臂上。或者， 在所谓 Offner 投影系统中， 反射镜或棱镜 1042 可定位在旋 转臂组件 1040 下方， 并使用悬空反射镜 1043、 1045。Offner 投影系统直接地或通过沿旋转 光学臂改变方向使被中继图像 1050 返回工件 1010。 在一些实施方式中， 可用一些小的反射 镜部分来替换大的固定悬空反射镜 1043， 这些小的反射镜部分随臂一起旋转 1044， 以在光 路中保持恰当的位置。可设计其它的轴上反射镜配置 ； 该列举并非旨在穷举。
     所谓离轴实施例 ( 图 11-15) 具有一部分邻近中枢的通路 1312、 1412， 其不与旋转 轴 1310、 1410 重合。在这些实施例中， 通路 1312 的邻近旋转轴 1310 的第一部分平行于旋 转轴， 或者至少在平行于旋转轴 1410 的 8 度 1412 内。通路 1330 的接触工件的第二部分在 平行于旋转轴的 8 度内。或者， 通路的第一和第二部分可在平行于彼此的 8 度内。
     该方法还可包括对工件进行读取或写入， 并组合与跨越光学臂扫描幅度的一部分 的工件处的图像相对应的复合图像信息 545A-545D。例如， 复合图像信息可对应于至少 5 度、 10 度或 20 度的扫描幅度。复合图像信息可以是从工件读取的信息， 也可以是待写入工 件的或待重新采样并写入工件的信息的图。
     当然， 上述第一方法的各实施例、 实施方式、 方面和特征可以多种方法组合以生成 多种不同的系统。
     第二装置实施例向工件上或从工件中继光学信息。该装置可以是写入或读取装 置。该装置涉及使用绕具有旋转轴的中枢 1148 旋转的至少一个光学臂 1140A-1140C。该 装置具有中枢， 其可包括在光学图像装置 330、 1130 与工件 310、 1111 之间对信息进行轴上 ( 图 10) 或离轴 ( 图 11-15) 中继。工件在作为装置的一部分的载物台上， 定位成大体垂直 于光学臂的旋转轴。该装置包括图像装置 330、 1130。中继光学系统在图像装置 330、 1130 与工件 310、 1111 之间中继光学信息， 同时在图像装置 330、 630 与被中继版本 345A-345B、 645A-645B 处的图像之间保持大致恒定的方位角取向。在该装置中， 中继沿着从工件 310、 1111、 经光学臂 1140A-1140C、 穿越中枢 1148 直到图像装置 1130 的通路进行。被中继的图 像信息可沿该通路向任一方向传送。 被中继信息的方位角取向被定义成在其变化不大于光学臂扫描达 5°的旋量 347 时的旋转度数的一半时是大致恒定的。 在一些实施方式中， 角度 关系的变化将不大于光学臂扫描达 45°的旋量 347 时的旋转度数的一半。工件上的直立 “R” 不管光学臂在其旋转幅度中是处于 10 点钟、 中午还是两点钟的位置， 均应该是直立的。
     在一实施方式中， 光学图像装置 330、 1130 形成被中继至工件 310、 1111 的图像。 也 就是说， 它对工件进行写入。该被中继的图像信息可按一脉冲式印记系列被传送。或者， 它 可作为扫描式写入光束阵列被传送。
     在另一实施方式中， 光学图像装置 330、 1130 检测从工件 310、 1111 中继来的图像。 也就是说， 它对工件进行读取。
     在替代实施例中， 通路的邻近臂的旋转轴的部分可以是轴上的 ( 图 10) 或离轴的 ( 图 11-15)。这些实施例可与上述实施方式和下面描述的其它特征以任意变型进行组合。 在一些实施例中 ( 图 8a-8c、 10、 16a-16c)， 通路的邻近中枢的第一部分与旋转轴 857、 859 重 合。在这些所谓轴上实施例中， 通路的接触工件的第二部分可与通路的与旋转轴重合的部 分平行 859 或反平行 859 地延伸。对于轴上实施例， 可使用多种多样的反射镜配置。例如， 反射镜或棱镜 854， 图 16M1， 可定位在旋转臂组件的上方， 并且能够将信息直接中继到旋转 臂上。或者， 在所谓 Offner 投影系统中， 反射镜或棱镜 1042 可定位在旋转臂组件 1040 下 方， 并使用悬空反射镜 1043、 1045。Offner 投影系统直接地或通过沿光学臂改变方向使被 中继图像 1050 返回工件 1010。在一些实施方式中， 可用一些小的反射镜部分来替换大的 固定悬空反射镜 1043， 这些小的反射镜部分 1044 随臂一起旋转， 以在光路中保持恰当的位 置。可设计其它的轴上反射镜配置 ； 该列举并非旨在穷举。
     所谓离轴实施例 ( 图 11-15) 具有一部分邻近中枢的通路 1312， 其不与旋转轴 1310、 1410 重合。 在这些实施例中， 通路 1312 的邻近旋转轴 1310 的第一部分平行于旋转轴 1310 或者至少在平行于旋转轴的 8 度内。通路 1330 的接触工件的第二部分在平行于旋转 轴的 8 度 1412 内。或者， 通路的第一和第二部分可在平行于彼此的 8 度内。
     该装置还可包括控制对工件进行读取或写入的图像处理器 1135、 和组合与跨越光 学臂扫描幅度的某一部分的工件处的图像相对应的复合图像信息 545A-545D 的图像处理 器。例如， 图像处理器可组合对应于至少 5 度、 10 度或 20 度的扫描幅度的复合图像信息。 复合图像信息可以是从工件读取的信息， 也可以是待写入工件的或待重新采样并写入工件 的信息的图。
     当然， 上述第一装置的各实施例、 实施方式、 方面和特征可以多种方法组合以生成 多种不同的系统。通过该陈述， 我们打算公开各组合， 如同它们是多项从属权利要求一样， 各特征依赖于所有上述特征， 但它们在逻辑上可能不一致的情况除外。
     再一实施例提供了低成本、 高生产能力的光学处理装置， 其使用绕中枢旋转的一 个或多个光学臂， 来在中枢与工件的表面之间中继图像信息， 同时在工件上的信息与光学 臂的中枢处的信息之间保持一致的取向关系， 甚至是在臂横跨工件 410 扫描出一个弧度 时。各光学臂可具有简单的光学系统并且是轻量化的。可使用多个臂来增加中继信息的占 空比， 作为扫描幅度对整圆的百分比。 上述各特征、 方面等在该再一实施例中可以多种构造 进行组合。
     另一实施例提供了高生产能力、 低数据复杂性的系统， 其使用绕中枢旋转的一个 或多个光学臂， 来在中枢与工件 410 的表面之间中继图像信息， 同时在工件上的信息与光学臂的中枢处的信息之间保持一致的取向关系 430、 445A-445B， 甚至是在臂横跨工件扫描 出一个弧度时。在时间上分隔开的图像可通过位移矢量表示为相对于彼此发生了位移， 而 没有图像的旋转。工件相对于光学臂的旋转轴的运动也可表示为位移矢量。两位移矢量可 叠加。光学臂的旋转速度和工件的相对移动可选择成生成影响图像之间的重叠的期望关 系。上述各特征、 方面等在该另一实施例中可以多种构造进行组合。
     以上描述被谨慎地称为在工件与中枢之间中继图像， 因为图像信息可沿任一方向 被中继。 对于对工件的写入， SLM、 DMD、 扫描激光器或其它放射源可在中枢处受控， 而旋转臂 用于投射图像到工件上。对于对工件的探伤或成像， 中枢处的检测器可用于捕捉在臂的远 端处的光学部件下方从工件扫描到的图像。
     另一实施例包括一种方法， 其通过具有光轴的固定图像装置 430 来扫描大型扁平 工件， 以在其上读取或写入图像 855( 图 14a-14b)。图像 855 可以是准备的或选择的。设置 有扫描光学系统， 其具有位于图像装置附近的入射光轴和位于工件附近的出射光轴。这两 个光轴可以基本上是平行的或反平行的， 并与具有入射光轴的固定装置对齐。本发明包含 示出 8 度差异的图示示例。
     扫描光学系统绕垂直于工件的旋转轴旋转， 并在几何学上靠近入射光轴， 即比出 射光轴靠近或靠近得多。一控制器用于控制扫描光学系统的旋转。可对于不同旋转角读取 或写入局部图像。此外， 可在光子飞行前或后在控制电子装置中置入组合图像。
     在一实施方式中， 图像 445 在扫描光学系统旋转的同时， 发生平移而不是旋转。或 者， 图像可旋转， 并从相对于彼此旋转的局部图像形成组合图像 545A-545D。
     在另一实施方式中， 入射和出射图像可具有相同的宇称性。x 和 y 轴可缩放和旋 转， 但不能逆向。 它们必须在光轴平行时沿着光束或反平行时沿着一个轴而逆着另一轴， 从 同一侧是可见的。
     固定装置可包括激光二极管阵列、 发光二极管阵列、 二维 SLM 1130。 二维 SLM 可以 是倾斜反射镜、 活塞反射镜 (piston mirror)、 或 DMD 装置、 或 LCD 快门装置。一维 SLM 可以 是 GLV。可使用扫描器， 例如声光式、 多边形或电光式扫描器。在对工件进行读取而不是写 入的系统中可使用线阵相机 (1ine camera)、 面阵相机 (area camera)、 分光计、 散射计或干 涉计。扫描光学系统可包括反射镜和透镜。
     虽然参考上述优选实施例和示例公开了本发明， 但应该明白的是这些示例是用于 说明而不是限制。在所述实施例、 实施方式和特征中涉及有计算机辅助处理。因此， 本发明 可实施为通过在工件上扫描一弧度的至少一个光学臂来对工件进行读取或写入的方法、 包 括通过在工件上扫描一弧度的至少一个光学臂来对工件进行读取或写入的逻辑和资源的 系统、 利用计算机辅助控制通过在工件上扫描一弧度的至少一个光学臂来对工件进行读取 或写入的系统、 印刻有逻辑以通过在工件上扫描一弧度的至少一个光学臂来对工件进行读 取或写入的数据流和介质、 或通过在工件上扫描一弧度的至少一个光学臂来对工件进行计 算机辅助读取或写入的计算机可达服务。可想见的是， 变型例和组合对本领域的技术人员 来说是显而易见的， 这些变型例和组合将落于本发明的精神和权利要求的范围内。