CN103345136B - 一种256光栅光头装置 - Google Patents

Abstract

一种256光栅光头装置，包括:壳体、位置调节机构、换能器模块、反射光阑、反射镜模块、激光器模块，所述反射镜模块位于壳体一端，壳体另一端设有换能器模块，换能器模块与反射镜模块之间设有反射光阑，壳体上部一端设有激光器模块、另一端设有位置调节机构。发明调制器的响应频率超过10MHz，并使用超声波控制，相比于GLV等装置，在开关响应速度超出10倍以上，能够更为精确的产生非常理想的方形光点。超声波声光调制器已应用于通讯等行业几十年，生产工艺成熟，制造成本也比较低廉，易于批量生产使用。

Description

一种256光栅光头装置

技术领域

本发明涉及激光成像领域，具体为一种256光栅光头装置。

背景技术

传统光纤技术光栅光头由32只、48只或64只功率为1W的激光器做光源，通过相应数目的密排光纤耦合到成像镜头里去，这种方式使用激光器数量多，价格昂贵，并且激光器路数收到光纤技术限制，最多只能做到64路。光纤技术光栅光头打版，不但制版的稳定性较低，而且无法打印调频网，网点质量有一定限制，无法打印出高质量印版。

在CTP领域内，能够实现64路以上制版的技术，目前拥有专利的仅有美国柯达公司的使用机电光栅装置的VCSEL技术（CN 1497272A）、硅光机器公司GLV技术（CN 1599873），日本网屏制造株式会社采用DMD的曝光装置（CN 102402130 A）。

美国柯达公司的使用机电光栅装置的VCSEL技术，采用介于传统LED和LD之间的VCSEL作为光源，该光源体积小，光斑为圆形，并且易于制作多通道数的集成化模块。该技术在实际使用时又存在以下缺点，光源在功率发生变化时偏振模式也随之变化，光源光点直径通常在0.5～1mm之间；如需要实现制版所需的10um光点；成像镜头倍率过大，不利于精确成像；制版中所需的VCSEL光源模块需要独立定制，造价过高。

硅光机器公司GLV技术采用的是一种采用可动带式的衍射光栅作为调制光栅的装置，该技术可以实现最高超过1000通道的光路调制。GLV技术的缺点尤为明显，由于光栅采购机械式的可动带结构，因此GLV光栅在实际使用中非常容易损坏，后期维护费用非常高；在生产环节，GLV对生产工艺，使用环境要求也非常高；工作状态下，GLV的工作温度高达150℃，非常容易损坏相关的驱动器件。GLV生产及使用的技术难度过高，不是一种经济实用的调制技术。

网屏制造株式会社的DMD曝光装置，是一种二维的调制装置，目前更多的使用于各类投影机中，该装置通过控制DMD中多大100万个独立单元，来实现对光束的调制。由于该技术采用的是二维调制装置，实际工作时无法连续运动，如同盖印章一样，需要精确的控制移动量，一块一块的将图案以盖章的方式，成像到板材上，该装置严重限制了其使用的范围及制版速度，使用DMD包装装置的CTP无法做成常见的外鼓式和内鼓式，只能采用最原始的平板式CTP方式；同时DMD的响应频率通常不超过几百赫兹，与制版中需要的上百万赫兹差距很大，这也极大限制了其制版速度。

以上专利中的器件均需要特殊定制，并且由于其过高的制造难度，批量生产成品率一直不高。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种256光栅光头装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种256光栅光头装置，包括:壳体、位置调节机构、换能器模块、反射光阑、反射镜模块、激光器模块，所述反射镜模块位于壳体一端，壳体另一端设有换能器模块，换能器模块与反射镜模块之间设有反射光阑，壳体上部一端设有激光器模块、另一端设有位置调节机构。

所述激光器模块包括：激光器、快轴、慢轴、准直镜片。

所述换能器模块包括：声光调制器、超声波换能器、控制电路。

本发明的工作原理为：激光二极管阵列发出的光束，通过柱面透镜阵列压缩角度，使不同激光器之间的光束相互混合，在较远距离处达到充分混合后，再使用柱面透镜将光束整形为平行光束。平行光束射入声光调制器，声光调制器在超声波控制下成为一个可控的体光栅，光束在光栅内进行布拉格衍射。经过声光调制器衍射后的光束进入成像系统，透镜组对从调制器中出射的光束成像，最终将其聚焦于转鼓处，完成打印成像。打印中使用衍射后的零级光成像，非零级光则通过傅里叶像面处的孔径光阑将其挡掉，使其无法成像。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：发明提不仅实现了国内厂家对于64通道的首次突破，将通道提高到256路，而且基于256光栅光头装置的光学系统采用了全新的设计原理，较柯达、网屏等厂家的技术，产品的调制响应速度更快、核心器件更易于生产，生产成本、技术指标等也均优于对方。核心器件使用超声波换能器控制的声光调制器，调制器的响应频率超过10MHz，并使用超声波控制，相比于GLV等装置，在开关响应速度超出10倍以上，能够更为精确的产生非常理想的方形光点。超声波声光调制器已应用于通讯等行业几十年，生产工艺成熟，制造成本也比较低廉，易于批量生产使用。

另外本发明与传统光纤技术相比的优点细化为以下几点：

1、传统光纤调制的光学系统受到光纤内芯形状以及光纤内部光强分布的限制，打印出来的光点为圆形并且光强呈高斯状分布，这使得光点边缘锐利程度大为降低。而基于256光栅光头装置的光学系统取消了光纤，光点能量分布不再受制于光纤。激光器发出的激光，通过透镜系统将光束整形成一个线状光束，线状光束经过256光栅光头装置被分割成256束细小激光，这些激光束经过镜头成像后，变成尺寸约10.6*2.5um的长方形光点。再通过长方形光点扫描，在打印版上打出如图所示的方形光点。方形光点具有边缘锐利，增益极小的特点，对于高质量的彩色印刷这个必不可少。打印出来的调频网较传统光纤光学系统能打印出的最高的200lp的调幅网仍要细腻10倍以上。

2、基于256光栅光头装置的光学系统的光头箱光路数量可以达到256路，这个数字比目前光纤技术最高能做到的64路也要高出4倍以上，这样可以让打印速度提高1倍以上。更多束光路同时打印数据，这也让CTP整体的打印速度比以前提高一倍以上。

3、光头箱中只使用1只激光器作为光源，基于256光栅光头装置的光头箱总体制造成本较传统光纤技术的光头箱包含整个光学系统可节省30%～50%以上。光纤技术的光头箱中，每一路都需要单独配一只激光器，成本高昂，使得整个机器成本最高的部件就是激光器组。基于256光栅光头装置的光头箱使用一只40W或60W的Bar条激光器做为光源，节省了密排光纤的部件，总体造价比光纤技术的光头箱减少约30%～50%。

4、光栅光头装置的光路数量较传统光纤技术的光头箱增加很多，CTP机的转鼓转速可以降低为原来值的1/2～1/3，机器整体的稳定性得到了大大的加强，机器运行寿命较原来增加1倍以上。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图；

图2为本发明的工作原理结构图；

图3～6为本发明的工作原理的分解图示；

图7为本发明中的声光调制器的工作原理平视图；

图8为本发明中的声光调制器侧视图；

图9为本发明中的各模块位置图；

图10为本发明中的激光器与耦合镜示意图。

图中： 1、激光二极管阵列；2、柱面透镜；3、柱面透镜；4、柱面透镜；5、柱面透镜；6、负柱面透镜；7、孔径光阑；8、声光调制器；9、球面透镜；10、透镜组；11、傅立叶成像面；12、透镜组；13、转鼓；14、超声波；15、镜筒；16、超声波换能器；17、激光光带；18、光栅晶体；19、壳体；20、位置调节机构；21、换能器模块；22、反射光阑；23、反射镜模块；24、激光器模块。

具体实施方式

为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

一种256光栅光头装置，包括:壳体19、位置调节机构20、换能器模块21、反射光阑22、反射镜模块23、激光器模块24，所述反射镜模块23位于壳体19一端，壳体19另一端设有换能器模块21，换能器模块21与反射镜模块23之间设有反射光阑22，壳体19上部一端设有激光器模块24、另一端设有位置调节机构20。

所述激光器模块24包括：激光器、快轴、慢轴、准直镜片。

所述换能器模块21包括：声光调制器、超声波换能器、控制电路。

如图1、图2所示，所述激光二极管阵列1，用于发出红外激光；柱面透镜2，用于准直激光二极管快轴角度；柱面透镜2，用于准直激光二极管慢轴角度；柱面透镜2，用于将光束在水平方向收窄；柱面透镜2，用于将光束在垂直方向聚焦，焦点位于声光调制器8入射面上；负柱面透镜6，用于将光束恢复为水平的平行光；孔径光阑7，用于将光束于水平方向切割成使用宽度；声光调制器8调制器8，晶体通过声光调制，成为一体光栅，光束入射后通过布拉格衍射，形成涂上的红色和绿色光线；球面透镜9，用于成像；透镜组10，和透镜9共同形成一个傅立叶成像面11；傅立叶成像面11，设置一个孔径光阑7用于拦掉未调制光或调制光（由红色和绿色光线表示）；透镜组10，形成像方远心光路成像于转鼓13；转鼓13，镜头将光束汇聚成像于此。

如图3～图6所示，所述超声波换能器中，Bar条激光器发出的激光，通过透镜系统将光束整形成一个线状光束。线状光束经过256光栅光头装置被分割成256束细小激光，此时，当超声波换能器接收到软件发出的控制信号，产生超能波，进入光栅的线状光束在布拉格衍射的作用下产生偏转，不进入镜头，从而屏蔽此路激光，如图3所示；超声波换能器在没有接收到软件发出的控制信号时，激光光束可以穿过光栅晶体18，进入镜头，并通过镜头对印版进行曝光，如图4所示。总的来说，这些激光束由软件程序独立控制，经过镜头成像后，变成尺寸约10.6*2.5um的长方形光点。

所述声光调制器8工作原理为：声光调制器8由声光介质和压电换能器构成。当驱动源的某种特定载波频率驱动换能器时，换能器即产生同一频率的超声波14并传入声光介质，在介质内形成折射率变化，光束通过介质时即发生相互作用而改变光的传播方向即产生衍射。声光调制器8主要用于调节与控制激光的光强。布拉格衍射效应产生了一级衍射光，其强度与射频控制信号直接相关。调制器的上升沿时间由声波穿过激光光束的渡越时间决定。为了得到高速调制的效果，需要将激光光束进行汇聚，使其穿过调制器的光束直径最小。

声光调制器8特别是采用多极的声光调制器8厚度较厚，光束在其内部的衍射为布拉格衍射，在该工作方式下，光束在超声波换能器超声波14信号未打开情况下，光束沿原方向前进；超声波14信号打开后，声光调制变为体光栅，光束则在光栅作用下发生偏折。调节超声波14的强度，可以控制偏折光的能量分布，从而实现能量偏转。本专利中采用的声光调制器8供有256个超声波换能器，从而实现1束光分为256束光束的目标。

如图7、图8所示，声光调制器8中，激光射入声光调制器8后，在第一个超声波换能器下，发生布拉格衍射，光束在该换能器的作用下分出第一束光（图7中1a和1b为一个超声波换能器），控制换能器的超声波14功率，让第一个超声波换能器的一级光功率为总功率的1/256。然后光束进入第二个超声波换能器，如图7中的2a和2b，光在第二个超声波换能器中再分出一个一级光，控制超声波14功率，使第二个超声波换能器的一级光功率为总功率的1/255。依次类推。在经过256个超声波换能器后，光束分为功率相同的256束，从而实现256束光打版的需求。

如图9、图10所示：所述激光器模块24包含激光器及快轴、慢轴的准直镜片；换能器模块21包含声光调制器8的所有超声波换能器及控制电路；反射镜模块23位于激光器模块24和换能器模块21中间，是采用反射镜装置让光路在整个光头箱中折返，以减小光头箱的体积；发射光阀位于换能器模块21和成像镜头之间，用于反射光束，让光束偏转90°，射入光学镜头，在CTP转鼓13板材上精确成像。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种256光栅光头装置，包括:壳体、位置调节机构、换能器模块、反射光阑、反射镜模块、激光器模块，反射镜模块位于壳体一端，壳体另一端设有换能器模块，换能器模块与反射镜模块之间设有反射光阑，壳体上部一端设有激光器模块、另一端设有位置调节机构，其特征在于：换能器模快还包括声光调制器，声光调制器共有256个超声波换能器。

2.根据权利要求1所述的256光栅光头装置，其特征在于：所述激光器模块包括：激光器、快轴、慢轴、准直镜片。