CN104049470B - 对弹性印刷板和套筒进行多光束直刻的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种对弹性印刷板和套筒进行多光束直刻的装置和方法。在一个实施例中，将弹性印刷板或套筒安放于成像鼓上以进行直刻。该成像鼓是可绕其纵轴旋转的。这种旋转限定了圆周方向，也称为横向。旋转轴限定了轴向，也称为纵向。该印刷板具有由弹性体制成（由聚合物或橡胶制成）的板体和表面。驱动结构在多个激光束和该板之间提供了横向和纵向上的相对运动。

Description

对弹性印刷板和套筒进行多光束直刻的装置和方法
技术领域
本发明通常涉及印刷领域，并且特别涉及印刷板和套筒的直刻。
背景技术
计算机直接制板（CTP）是用于印刷工艺的成像技术，通过根据成像数据使印刷板暴露于光能量下，将该成像数据直接从计算机输出到印刷板。在外鼓式成像设备的情况下，将印刷板或套筒安放于成像器的成像滚筒上。随着鼓绕其纵轴旋转，成像头沿轴向移动并将用成像数据调制的一个或多个激光束聚焦于该板上，以在该印刷板的表面形成图案。
虽然描述是以对在外鼓式成像设备上的板进行成像而言，但是同样的原理也适用于对外鼓式成像设备上的套筒进行成像或使用平台成像设备。
在其上涂布有激光可烧蚀掩膜（LAMS）的光聚合物板上成像是公知的，在这种情况下，一个或多个激光束在LAMS材料上烧蚀图案以形成掩膜，该板可以通过该掩膜而暴露于紫外线下并通过加工来制作将图像图案间接刻于其上的印刷板。
在直刻中，一个或多个激光束直接在弹性印刷板上烧蚀图像图案。术语“弹性体”与形容词“弹性”在本文中广泛用于包括橡胶板和聚合物板。这些术语可以与术语“橡胶”互换使用。
直刻通常比烧蚀LAMS涂层需要的激光能量高得多。当LAMS涂层的典型厚度为3μm的量级时，直刻需要烧蚀板材料以产生深得多的图案，一般在500μm深的量级。因此，对弹性板进行直刻比烧蚀LAMS涂层需要的激光功率大约高三个数量级。
高功率激光器例如封离式二氧化碳（CO2）激光器和光纤激光器可以提供的输出功率达到千瓦（kW）范围，例如500W至3kW。加利福尼亚州圣克拉拉的相干公司（Coherent,Inc.）提供现成的500W和1000W CO2激光器。麻省牛津镇的IPG光子公司（IPG Photonics Corporation）提供现成的达到1000W的单模光纤激光器，并可以制造定制的达到3kW的光纤激光器。这类激光器可以得到质量满意的雕刻。然而，成像是相对慢的。现存的直刻系统的生产效率大约为每小时0.5平方米（m2/h），而光聚合物板的成像可以达到8m2/h的速度。
已知的直刻系统采用CO2或光纤激光器和光束调制器例如声光调制器（AOM）以切换在该板上的激光光束功率打开和关闭。AOM的切换速度是受限制的。具有AOM的高功率激光器的切换速度仅在较低的千赫兹（kHz）范围内。然而，为了达到8m2/h的速度，需要兆赫兹（MHz）范围内的切换速度。一般情况下，激光功率越高，切换速度越慢。
一种针对于成像速度受到限制的昂贵的解决方案是并行使用若干个雕刻系统。然而，这种解决方案是昂贵的并需要大的空间来操作多个雕刻系统。
除了生产效率低之外，弹性板的直刻会产生大量蒸发的弹性体。该蒸汽会干扰激光束的聚焦并形成等离子体，这会引起该板的表面上的小细部熔化。
发明内容
本发明揭示了一种通过多个激光束来对弹性印刷板进行直刻的装置和方法。在一个实施例中，将弹性印刷板或套筒安放于成像鼓上以进行直刻。该成像鼓是可绕其纵轴旋转的。这种旋转限定了圆周方向，也称为横向。旋转轴限定了轴向，也称为纵向。该印刷板具有由弹性体制成（由聚合物或橡胶制成）的板体和表面。驱动结构在多个激光束和该板之间提供了横向和纵向上的相对运动。
另一个替代性的配置使用平台成像器。该平台具有横向和垂直于该横向的纵向。驱动结构提供了在多个激光束和该板之间横向和纵向上的相对运动。各调制光束根据成像数据的各部分进行调制。各部分称为该成像数据的“切片”以反映每个部分可操作为调制光束用于从雕刻的总深度的第一各自深度雕刻至第二各自深度。本发明详细地描述了鼓的版本。本领域的技术人员将会发现将本发明适用于平台成像器是简单明确的。
特定实施例包括用于多光束直刻的装置，该装置包括激光源，该激光源在操作时发射激光束。该装置还包括分束器、用于每个分光束的光束调制器和用于每个分光束的聚焦透镜，该分束器可操作为将该激光束分割成多个分光束，该光束调制器可操作为调制该分光束以创建一个或多个调制光束，例如来自该分光束的一阶调制光束，该聚焦透镜可操作为聚焦从该分光束创建的一个或多个调制光束以创建一个或多个聚焦的调制光束，聚焦的调制光束传播至印刷板或套筒上。每个聚焦透镜具有焦距，并且每个聚焦的调制光束具有某一尺寸的焦斑，该焦斑指向该印刷板或套筒的表面上的一个位置并进入该印刷板或套筒的体内的深度级别。至少两个聚焦透镜具有不同的焦距，并且至少两个焦斑指向该印刷板或套筒的表面上的不同位置并进入该印刷板或套筒的体内的不同深度级别。每个调制光束根据该成像数据的各自部分进行调制。各部分称为该成像数据的“切片”以反映每个部分可操作为调制光束用于从雕刻的总深度的第一各自深度雕刻至第二各自深度。调制光束是相互平行的，从而聚焦的调制光束的焦斑沿该印刷板或套筒的轴向建成一行。
在一个实施例中，每个分束器包括具有反射系数的反射面以根据反射系数反射部分至全部的入射激光束。每个分束器还传输该入射激光束不反射的部分。
该光束调制器可以是声光调制器（AOM）或能够从分光束产生一个或多个衍射光束例如一阶调制光束的声光偏转器（AOD）。
在某些版本中，该装置还包括一个或多个反射器，该一个或多个反射器布置于该光束调制器与聚焦透镜之间的光束路径上以反射每个调制光束，从而来自不同分光束的调制光束在保持平行的同时在反射后彼此间具有更紧密的距离。
在某些版本中，该装置还包括金属护罩。聚焦透镜与该印刷板或套筒之间的任何空间由金属护罩分隔开，该金属护罩具有开口以允许聚焦的调制光束传播至该印刷板或套筒上，该金属护罩具有曲率，该曲率具有朝向该印刷板或套筒的法向量，形成文丘里喷嘴，该文丘里喷嘴防止粉尘进入该金属护罩与聚焦透镜之间的空间。
特定实施例还包括多光束直刻的方法。该方法包括从激光源发射激光束，由分束器分割该激光束以创建多个分光束，由光束调制器调制每个分光束以从该分光束创建一个或多个调制光束，以及由聚焦透镜聚焦该一个或多个调制光束以创建一个或多个聚焦的调制光束，这些聚焦的调制光束传播至印刷板或套筒上。每个聚焦透镜具有焦距，并且每个聚焦的调制光束具有某一尺寸的焦斑，该焦斑指向该印刷板或套筒的表面上的一位置并进入该印刷板或套筒的体内的深度级别。至少两个聚焦透镜具有不同的焦距，并且至少两个焦斑指向该印刷板或套筒的表面上的不同位置并进入该印刷板或套筒的体内的不同深度级别。调制光束是相互平行的，从而聚焦的调制光束的焦斑沿该印刷板或套筒的轴向建成一行。
本发明所描述的装置和方法具有增加用于弹性印刷板的直刻系统的生产效率和在雕刻操作时避免弹性印刷板上精细的图像细部的熔化的优势。
特定实施例可以提供这些方面、特征或优点的全部、部分或一个也没有提供。特定实施例可以提供一个或多个其他方面、特征或优点，其中的一个或多个通过本发明的附图、说明书和权利要求书，对本领域的技术人员来说可以是显示易见的。
附图说明
图1是示出了用于对弹性印刷板进行直刻的现有装置的简化示意图，其中并行使用两个激光源。
图2A显示了装置形式的本发明的一个实施例的简化框图，该装置包括在其上具有弹性板或套筒的旋转鼓和成像子系统，该成像子系统包括激光源、分束器、调制器和聚焦透镜子系统以产生多个调制光束。
图2B是示出了根据本发明的一个实施例的装置的第一部分的简化示意图，该装置用于使用单个激光源对弹性印刷板进行多光束直刻。
图2C是示出了图2B中的多光束直刻装置的第二部分的简化示意图。
图2D显示了装置形式的本发明的一个实施例的简化框图，该装置包括在其上具有弹性板或套筒的平台和成像子系统，该成像子系统包括激光源、分束器、调制器和聚焦透镜子系统以产生多个调制光束。
图3A是示出了当图2B和图2C所示的装置在操作时聚焦进入印刷板不同深度级别的多个激光束的简化示意图，其中相邻深度级别具有相等距离。
图3B是示出了当图2B和图2C所示的装置在操作时聚焦进入印刷板不同深度级别的多个激光束的简化示意图，其中相邻深度级别具有不等距离。
图4是示出了根据本发明另一个实施例的用于多光束直刻的装置的简化示意图。
图5A是示出了根据本发明一个实施例的用于直刻装置以避免印刷板上的小细部熔化的处理头的简化示意图。
图5B是示出了包含于图5A所示的处理头中的金属护罩的侧壁的简化示意图。
图6是示出了根据本发明另一个实施例的用于多光束直刻的装置的简化示意图。
图7A是示出了将印刷板上的多个激光束的焦斑在轴向上对齐的简化示意图。
图7B是示出了将印刷板上的多个激光束的焦斑在圆周方向上对齐的简化示意图。
图8是根据本发明一个实施例的用于多光束直刻的方法的流程图。
具体实施方式
图1显示了现有的直刻装置100，弹性印刷板或套筒101安放于成像鼓103上以进行直刻。该成像鼓103是可绕轴旋转的。这种旋转限定了圆周方向，该轴限定了轴向。该印刷板或套筒101由弹性材料制成并具有外表面，在该外表面上根据成像数据来雕刻图案。一个现有版本的用于直刻的鼓式成像器使用单个激光源。该现有的直刻装置100使用两个激光源，这两个激光源依次操作于板的任何点上。每个直刻子系统包括激光源例如CO2激光源113、声光调制器（AOM）115、聚焦透镜117以及包围该聚焦透镜117的抽取头119。从激光源113发射的激光束根据成像数据由AOM115来调制，然后由各聚焦透镜117聚焦于印刷板或套筒101上。
现有的装置100由于使用了两个高功率激光源而相对昂贵。
另一种现有的布置使用了两个子系统来进行并行直刻。
另一种现有技术的替代方案是并行使用多个雕刻装置，依照对每单位时间所雕刻面积的测量，该方案提高了效率。当然这也是昂贵的。并且还需要一个大的空间来操作多于一个的直刻系统。
在激光束中具有高功率导致橡胶蒸发，这会导致印刷板的局部区域因形成的等离子体而过热，从而会引起不希望的弹性体熔化和减少该板上精细的图像细部。大量的橡胶蒸汽还会干扰光束的聚焦。
在说明书其余部分的很多地方，为了简洁起见，术语“印刷板”或“板”也涵盖了印刷套筒、印刷滚筒，以及由激光辐射进行直刻以用于印刷的类似部件。此外，虽然本说明书将以外鼓式成像设备而言，但本发明的不同实施例也用于平台成像设备中。如何修改本文的细节以用于平台成像设备对于本领域的普通技术人员来说将是简单明确的，不需要进一步的描述。
本发明的各实施例包括具有单个高功率激光源的装置，在某些实施例中高功率激光源是产生单个入射光束的kW级的TEM00模光纤激光器。该装置包括由一个或多个分束器组成的一组分束器来将该单个入射光束分割成多个分光束，在一个版本中，这些分光束相互平行，然后被单独调制并聚焦以在几个点处暴露印刷板，这几个点例如是旋转轴的纵向上的共线点。每个分光束根据成像数据的各自部分（“切片”）由光束调制器来调制以创建一个或多个经调制的输出光束，光束调制器例如是一个实施例中的AOM或另一个实施例中的声光偏转器（AOD），经调制的输出光束例如是每个分光束的一阶调制光束。
来自每个光束调制器（AOM或AOD）的每个调制光束具有其自身的聚焦透镜子系统以将该调制光束聚焦于印刷板上。不同聚焦透镜子系统的焦点聚焦于离该板的表面的不同深度级别，提供不同的焦斑直径。以这种方式，该板的材料的烧蚀使用多个调制光束而发生于和至不同深度级别。第一级别在橡胶材料的表面上含有精细的细部，每个下一级别在前一个下方并且所有级别在橡胶材料内部形成肩部，支承最高级别上的印刷细部。
用于调制每个调制光束的成像数据的各自部分（“切片”）是通过在将完整成像数据“剪切”成该成像数据的多个切片的电子过程中在该完整成像数据上使用深度信息而电子生成，成像数据的各切片用于将该板从该成像数据指示的总深度的第一深度雕刻至第二深度。生成控制信号的细节。
图2A显示了装置200形式的本发明的一个实施例的简化框图，该装置200包括旋转鼓223，弹性板或套筒221在该旋转鼓223上。成像子系统201包括激光源、一个或多个分束器、光束调制器以及聚焦光学器件以产生聚焦于离开该板或套筒221的外表面的不同深度的多个调制光束。驱动结构225旋转该鼓并使经该成像子系统调制的光束在平行于该鼓的轴的方向（也称为纵向）上移动。控制系统227与该驱动结构225连接，还与光束调制器连接。配置并操作该控制系统227和该装置的其他部件，使得在该控制系统227控制下的驱动结构225在经成像子系统201调制的光束与该板或套筒221之间提供相对运动。还配置并操作该控制系统227来确定成像数据229的各切片以形成光束调制器的控制信号。该控制系统确定光束的控制信号的操作类似于2000年11月21日发行的题为“激光雕刻系统”并共同转让给共同发明人西弗斯（Sievers）的美国专利6150629公开的内容，在本文援引其内容作为参考。
图2B和2C以简化形式显示了根据本发明一个实施例的多光束直刻装置200的成像子系统201。图2B显示了该成像子系统201的第一部分，该成像子系统201包括单个激光源203、一组分束器例如反射镜（三个反射镜2051，2052，2053被示出，除了最后一个的所有反射镜具有透射率，从而每一个用作分束器）以及用于每个反射镜2051，2052，2053的声光调制器207。在操作时，从激光源203发射的激光束由该组反射镜2051，2052，2053分割为多个分光束。每个反射镜2051，2052，2053反射其入射光的一部分，该部分入射光由各反射系数限定，各反射系统可以表达为被反射的各入射光束强度的百分比。除了那些被吸收的量，剩余的光都穿过。所吸收的量通常可忽略不计。在一个实施例中，共线地安置并级联这些镜子2051，2052，2053，使得穿过级联中除了最后一个的任何一个反射镜的任何激光束提供入射光给该级联顺序中紧邻的下一个镜子。在一个实施例中，这些镜子2051，2052，2053具有不同的反射系数。在一个三光束的实施例中，第一镜子2051具有33%的反射系数，第二镜子2052具有50%的反射系数，在级联顺序中的最后一个镜子2053具有100%的反射率，即完全反射入射光。
响应于该控制系统227确定的控制信号，由各光束调制器来调制每个分光束，从而由该成像子系统输出的各调制光束被成像数据的各部分（各切片）调制，这样，各调制光束从各自的第一深度雕刻至各自的第二深度。在一个实施例中，每个分光束由声光调制器（AOM）2071，2072，2073进行调制以创建一阶衍射光束，每个分光束根据其在该成像数据的各自的切片进行调制。束流收集器用于零阶光束。
在另一个实施例中，该板是在例如平台扫描仪的平台上，也称为x-y工作台，驱动结构配置成在成像子系统产生的多个光束与该板之间提供相对运动。在一个这种实施例中，在成像时调制光束在安置于平台工作台上的板上面移动。图2D显示了在其上对弹性板263进行直刻的这种平台261的一个实施例的简化框图。该成像子系统261包括激光源、分束器、调制器以及聚焦光学器件以产生根据成像数据的各切片来调制的多个（三个或更多）光束。控制系统267可操作为从该成像数据形成各控制信号，从而用这些控制信号来调制各调制器以从该成像子系统261产生多个光束。还连接并配置该控制系统267以控制驱动结构265，该驱动结构265配置成在横向上来回移动该成像子系统261并也在纵向上移动该成像子系统261。
在另一平台实施例中（未显示），在横向上处理时该光源移动，在垂直于该横轴的纵向上处理时该板移动。
为了在特定的高效率下操作，直刻系统需要光束调制器例如AOM，该AOM可以在足够高的切换速度下操作以根据该成像数据的各切片来调制其分激光束打开和关闭。AOM的切换速度由声波经过该光束的横截面所需要的时间来确定。如此，其切换速度由声波的速率和激光束的横截面的直径来确定，激光束的横载面的直径也称为光束直径。对于小的光束直径，声波只需要经过小的距离来穿过该光束直径，产生的切换和调制速度比大的光束直径更高。然而小的光束直径会引起高的光功率集中，这将造成光学材料局部加热，引起热透镜效应和影响激光光束的质量。高功率集中也会引起光学表面和材料的损伤。特别是对于锗的情形，锗是一种用于AOM的常见的晶体材料，例如用于10.6μm波长的CO2激光器的AOM。
适于与光纤激光器一起操作的AOM可以从加利福尼亚州帕洛阿尔托的古奇-休斯古（Gooch&Housego）得到，其前身为加利福尼亚州帕洛阿尔托的晶体技术有限公司（Crystal Technology,Inc.,）。弗吉尼亚州斯普林菲尔德的Isomet公司供应600W的锗AOD(型号LS600-1011)。
在本发明的时候，单个AOM的光束直径被限制于某一尺度，且每个分光束的强度例如每个AOM的光功率被限制于某一级别。对每个AOM的功率和直径的限制源于包含于AOM的晶体的尺寸和在使用相对较大（且更贵）的晶体的情况下供应足够冷却的能力。
在本发明的各实施例中，为了从直刻系统提供高级别的光输出，将激光功率分布于多个调制器之间，例如多个AOM或AOD之间。
在本发明的时候，CO2激光器的各AOM大部分由锗制成，相比于例如光纤激光器，对热透镜效应更灵敏且更昻贵。现存的CO2激光器往往由于灵敏度而在激光模式结构、指向和输出功率上有一些不稳定。由于这个原因，本发明的某些实施例在包含光纤激光器的成像子系统201中使用激光源203。然而本发明不限于使用这种激光源，可以在其他实施方式中使用能够提供雕刻所需要的功率的另一种类型的光源，甚至是CO2激光源。
因此，在某些实施例中，成像子系统201包括至少三个分束器，例如至少三个反射镜2051，2052，2053，每个与AOM2071，2072，2073配对。从光纤激光头发射的激光束因而被分割为至少三个光束，并且每个分光束由相应的光束调制器例如AOM调制。入射AOM的每个分光束具有小于该光纤激光头的输出的尺度和光强。将各镜子2051，2052，2053和各AOM2071，2072，2073安置成偏转与各镜子2051，2052，2053的折叠在同一平面中。图2B显示了这种布置。
在一般情况下，用N表示调制光束的数量，用标记n表示第n个镜子，从而各镜子表示为2051，2052，...,205N。第n个镜子的反射系数用Rn表示，1≤Rn≤0。在一个实施例中，
Rn=1/(N–(n–1))
图2C是示出了图2A的多光束直刻装置200的成像子系统201的第二部分的简化示意图。从AOM2071，2072，2073输出的每个调制光束被各自的聚焦子系统2091，2092，2093聚焦。为简单起见，术语“透镜”和“聚焦透镜”用于指示聚焦子系统。每个透镜2071，2072，2073具有各自的焦距并被设计成聚焦于离该板的外表面的相应深度级别处的点上，并且这在该板221的外表面上创建焦斑，其焦斑尺寸例如依照直径测量且根据相应透镜的聚焦的深度级别而改变。
弹性板221的雕刻发生于不同深度级别。每个聚焦的调制光束用于雕刻至相应的深度级别。也就是说，每个聚焦的光束可以将板221上的弹性体从表面烧蚀到体内，直到其相应的深度级别。第一深度级别在该板221的表面上呈现出精细的图像细部。每个下一深度级别比其前一深度级别更深并一起在弹性板221内形成肩部，支承第一级别上的精细的图像细部。
图3A和3B示出了印刷板221中不同雕刻深度级别的视图。在一个实例中，图3A显示了示为深度级别1，2和3的一组深度级别，该组深度级别在轴向（深度）尺度上等距间隔、在相邻级别间具有相等的间隔并将待雕刻的该弹性体分割成具有相同层厚度的各层。在另一个实例中，图3B显示了各深度级别，这些深度级别在间隔上不同并将待雕刻的弹性体分割成具有不同层厚度的各层。
在图3A和3B中示为光束1的第一聚焦调制光束用于雕刻最精细的图像细部并在该板表面上具有最小的焦斑和最小的焦深。示为光束2的第二光束用于雕刻较粗糙的支承肩部并在该板表面上具有较大的焦斑和较大的焦深。示为光束3的第三即最后的光束仅用于各肩部区域间的粗糙图案并在该板表面上具有最大的焦斑和最大的焦深。如上所述，各调制器的调制根据全部成像数据的各切片由各控制信号来控制。
各聚焦透镜2091，2092，2093的焦距取决于雕刻深度级别和焦斑尺寸而因此相互不同。
用各独立光束在不同级别处雕刻可以更容易确定所有透镜2091，2092，2093的正确的焦距。因为在深度级别2和3处的粗糙图案的雕刻不需要小焦斑，在这此焦距的光束定位不需要与深度级别1一样精确。
专用于这些不同级别的各激光器强度可以是不同的。深度级别1的雕刻限定了印刷板221的表面上最精细的图像细部，比其他深度级别需要的强度更低，并因而在一个实施例中，对光束1进行控制以具有比其他光束更低的强度。使用更低强度允许在AOM2071，2072，2073上使用更小的光束直径，而不会达到会对晶体有损伤的强度，以例如W/mm2表达的这种强度称为晶体的损伤阈值。这比使用更高强度时提供了更快的光束切换能力。
在一个实施例中，将总共750W分布于三个AOM，第一AOM的光束只有150W以用于表面上的精细细部，第二AOM的光束为250W以用于橡胶或其他材料中更深的、细部更少的层，而第三AOM的光束为350W以用于粗雕刻，由于对于这种粗雕刻，因热透镜效应产生焦斑恶化的偏差相比于其他深度没有那么严重。
以连续的步骤实施在该印刷板221上弹性材料的雕刻，以避免过热。在每一步骤中，仅有一部分弹性材料被烧蚀，从而允许在下一雕刻步骤执行前使材料冷却下来。通过将雕刻过程分成若干个连续的步骤，更为有效地除去蒸发的弹性体，并且可以避免或大大减少弹性材料中的熔化效应。
因此，装置201提供了一种有效方案以通过使用多个单光束来增加对弹性印刷板221进行直刻的生产效率，并且还解决了过热问题。在一个实施例中，单个激光源203为光纤激光器，各AOM2071，2072，2073由纵向晶体切割的二氧化碲（TeO2）制成并具有4.2mm/μs的声速。光束直径为2.5mm，对在大约1μm波长处施加150W来说，这是个合理的尺寸。给定速率和光束直径，声波穿过晶体中的激光束的时间为大约600ns。
根据一个实施例，使用装置201在该印刷板221上形成单个像素，在每个AOM中的声波的射频需要开启600ns并且所有3个AOM连续开启。要开启的射频的总时间周期因此为1800ns或1.8μs。这相当于大约555kHz的最大切换频率。
对分辨率为每英寸1800点（1800DPI）的图像文件，每个像素具有14μm的直径，假设是14μm×14μm。该系统的最大成像速度近似为：
14μm×14μm×555kHz≈0.39m2/h
相比之下，使用CO2激光器和由锗制成的AOM的直刻系统具有5.5mm/μs的典型声速和波长为10.6μm、光束直径为7mm的激光束，导致了262kHz的较低的切换频率，因而对于同一图像文件的较低的最大成像速度为：
14μm×14μm×262kHz≈0.18m2/h
显然，使用光纤激光器和TeO2AOM的装置201比使用CO2激光器和锗AOM的装置提供了明显更高的生产效率。
图4显示了根据另一个实施例的另一个示例装置401，该装置401的操作类似于装置201。该装置401也包括激光源203，一组反射镜205n，n=1，2，3，声光调制器207n，n=1，2，3，以及聚焦透镜209n，n=1，2，3。该装置401还包括用于每个分激光束的两个反射器403n，404n，n=1，2，3。反射器403n，404n，n=1，2，3在一个实施例中是具有100%反射率的镜子，并安置于光束调制器207n，n=1，2，3与聚焦透镜209n，n=1，2，3之间的光束路径上。用于各光束的所有反射器403n，404n，n=1，2，3折叠于同一平面上，从而反射光束保持平行，并且各光束的焦斑沿成像鼓223的轴向在印刷板221上建成一行。与装置201相比较，通过具有反射器403n，404n，n=1，2，3，装置401允许聚焦的光束更紧密地安置于一起以雕刻图像图案的不同深度级别。
该装置401还包括处理头405，该处理头405包括用于分光束的聚焦透镜。因此，在本实施例中，通过该处理头405将所有聚焦光束施加于该印刷板。
在一个实施例中，处理头405提供了除尘和空气冲洗以保护透镜光学器件。图5A和5B提供了该处理头405靠近的简化视图。图5A显示了该处理头405的横截面视图。该处理头405直接连接于光学器件外壳503，该光学器件外壳503包含聚焦透镜。一个这种透镜209n被示意性地示出。该处理头405还包括抽取头509，其以简化示意的形式示于图5A中。该抽取头与通向排放单元的软管连接，并去除被激光束烧蚀的材料进入该排放单元。在一个实施例中，各聚焦透镜安置成相互远离大约25mm，从而可以由该抽取头抽取任何蒸发的弹性体。
为了保护这些透镜免于烧蚀的弹性体粉尘的影响，在聚焦透镜209前安置防护窗505。为了进一步保护该窗505，在该防护窗505与印刷板221的弹性表面之间大约一半距离处安置金属护罩507。该金属护置507具有小开口，例如在聚焦的激光束经过的位置处的小孔。该金属护罩507具有曲率，该曲率的法向量指向该印刷板，并因此由该曲率与印刷板221的曲率一起创建一个狭口，该狭口附着于该成像鼓233。这种布置形成文丘里喷嘴（Venturinozzle），从而增加了在聚焦的光束通过该金属护罩的开口并打到该板的表面处的排放气流的速率。
在一个实施例中，该防护窗505与该金属护罩507之间的空间具有向后侧的大开口，即在移向远离该板的表面的方向上。进气软管连接于这些开口并供应清洁空气，冲洗进入该金属护罩507后面的空间。空气通过用于聚焦的激光束的开口/孔而离开该金属护罩507后面的空间。通过由所抽取的空气的高速率引起的文丘里效应驱使这种空气流动。
图5B显示了该处理头405的简化立体图。在一个实施例中，该金属护罩507在两端具有侧壁。这些侧壁给该抽取头509的移动和聚焦透镜209与金属护罩507之间的空间的流动强加了限制。该金属护罩507与印刷板221之间的文丘里喷嘴也受限于这些侧壁处。
图6显示了根据另一个实施例的另一个示例装置601，该装置601具有与装置401类似的操作原理。该装置601也包括激光源203，一组反射镜205n，n=1，2，3，聚焦透镜209n，n=1，2，3，反射器403n，404n，n=1，2，3以及处理头405。对比于装置401，在该装置601中，用于分激光束的每个光束调制器为声光偏转器（AOD）603n，n=1，2，3，以代替图4的各实施例的声光调制器（AOM）。AOD允许通过调制来调节衍射激光束的振幅和频率，而AOM只能调整振幅，即衍射激光束的强度。AOD还具有偏转范围，在该偏转范围内可以调整输出光束的角度/位置。
可以使用AOD603n，n=1，2，3中的任何一个来从单个分光束创建一个以上调制光束。这通过将多个射频应用于AOD603n，n=1，2，3中的一个或多个来实现。如图6所示，在一个实施例中，经由一个AOD6031产生两个调制光束。需注意的是，虽然图6显示了只有两个调制光束由一个AOD产生，也可以有多于一个的AOD603n，n=1，2，3用于产生多个调整光束，并且可以由AOD603n，n=1，2，3中的一个或多个产生多于两个的调制光束。图6所示的结构是示例性的，许多配置和组合在本发明的不同实施例中是可行的，其对于本领域的技术人员来说将是清楚的。
通过产生并使用一个或多个分光束的多个调制光束，相比于每个分光束产生一个调制光束，可以大大增加雕刻的生产效率。
为了使用来自单个分光束的多个调制光束并将它们安置成直接彼此相邻，雕刻深度级别需要足够低。随着深度级别增加，将更多光束安置成直接彼此相邻并同时使用它们会在所雕刻区域的基础上形成锯齿状结构并在该板的表面上的精细的图像细部中引起熔化效应。
第一深度级别光束的个数和尺寸确定了用于处理头405的步长，这意味着其他深度级别即深度级别2、3…的各光束的光束直径将相应增加。
在一个实施例中，有四个第一深度级别光束、两个第二深度级别光束和一个第三深度级别光束。
在另一个具有四个分光束的示例配置中，有八个第一深度级别光束、四个第二深度级别光束、两个第三深度级别光束和一个第四深度级别光束。
每增加一个深度级别，增加一倍属于那个级别的调制光束的尺寸。例如，如果四个第一深度级别光束具有12.7μm的光束直径，则两个第二深度级别光束将具有25.4μm的尺寸，以及一个第三深度级别光束将具有51μm的光束直径。
因为较低深度级别的雕刻是为了形成支持肩部给第一深度级别即印刷板221的表面处所雕刻的图像图案，在较低深度级别使用一个以上的光束可以视为等同于增加这些光束的焦斑尺寸。
为了使用多个光束来雕刻一个图像图案，在该印刷板的表面上安放并对齐不同深度级别的聚焦的激光束以确保精确叠加表面层与各肩部层。在所有雕刻方向上实行光束定位，在鼓式成像器实施例中为轴向，也称为水平方向（图7A），而在圆周方向上也称为垂直方向（图7B）。该轴向是雕刻方向。
图7A显示了例如401或601的装置实施例中轴向上的光束定位。首先，将由不同光束要雕刻的各图像图案布置成彼此相隔一定距离，在一个实施例中为相等的距离，从而各光束的间隔等距。然后使用AOM207n，n=1，2，3或AOD603n，n=1，2，3的偏转范围来微调水平位置并校正任何不一致。在图7A中，光束2和光束3需要被对齐。
图7B显示了使用例如401或601的装置在圆周方向上的光束定位。通过相应地延迟对用于一个或多个光束的AOM207n，n=1，2，3或AOD603n，n=1，2，3的输入来调整聚焦的光束的垂直位置。图7B显示了在一个实例中延迟光束3和光束1以使它们在弹性表面上与光束2处于同一垂直位置。
可以使对齐步骤半自动化。为了使第二光束与第一光束对齐，例如可以先由第一光束雕刻十字准线图案。接着通过连续地改变该第二光束的水平位置或垂直位置来由该第二光束雕刻一组十字准线图案，对于每个改变的位置雕刻一个十字准线。机器操作者可以选择在第二光束的十字准线完全地安置于第一光束的十字准线上的雕刻之后，将相应的配置输入进CDI的计算机中。通过重复这种过程，可以相应地设置多个光束的水平位置和垂直位置。
图8显示了操作直刻装置例如装置401或601的方法的流程图。该方法包括在803中使用激光束源产生入射激光束，并在805中使用由一个或多个分束器组成的一组分束器来分割该入射激光束以形成多个分光束。该方法包括在807中使用各光束调制器根据成像数据来调制各分光束以创建多个调制光束。如上所述，在一个版本中，该光束调制器是声光调制器，而在另一个版本中是声光偏转器。结果，为每分光束创建一个或多个调制光束。在809中每个调制光束由一个或多个反射器例如具有完全反射率的镜子来反射，从而反射的调制光束更紧密地安置于一起。最后在811中，每个反射的光束由聚焦子系统聚焦于弹性印刷板的表面上以对该板进行直刻。因此实施了直刻。
根据本发明所揭示的内容来实现某些实施例的基础可以是外鼓式成像器例如的赛丽版数字成像器（Cyrel Digital Imager，简称“CDI”）或Linotype的成像设备。
本发明所揭示的与装置相关联的各部件和与方法相关联的各步骤可以在很大范围上改变。可以添加、删除、更改、组合和重新排序这些部件和步骤而不偏离本发明所揭示范围的精神。因此，本发明的各实施例应被视为是示例性的而非限制性的，并且这些实施例不限于本文所给出的细节，可以在所附权利要求书范围内进行修改。

Claims (14)

1.一种对弹性印刷板进行多光束直刻的装置，其特征在于，包括：
激光源，该激光源具有足够功率输出以对安放于鼓式成像器的成像鼓上或平台成像器的平台上的弹性印刷板进行直刻，所述鼓式成像器的鼓是可绕纵轴旋转的并具有由旋转轴限定的纵向和沿所述鼓的圆周限定的横向，所述平台成像器具有纵向和垂直于该纵向的横向，所述板具有外表面和弹性体，所述激光源在操作时发射入射激光束；
由一个或多个分束器组成的一组分束器，该组分束器可操作为将所述入射激光束分割成多个分光束；
多个光束调制器，所述多个光束调制器可操作为同时调制所述多个分光束，根据成像数据各部分来控制各光束调制器以从每个分光束创建一个或多个调制光束；
用于每个分光束的聚焦子系统，所述聚焦子系统可操作为将从所述分光束创建的一个或多个调制光束聚焦于所述印刷板上；
其中，当所述鼓式成像器或平台成像器中包括的驱动结构在聚焦的调制光束与所述板之间提供横向和纵向上的相对运动时，根据成像数据各部分进行的调制发生，
每个聚焦子系统具有焦距，每个聚焦的调制光束具有焦斑，所述焦斑对应于所述调制光束被聚焦于所述板的各自深度级别而在所述板的外表面上具有焦斑尺寸，
至少两个聚焦子系统具有不同的焦距，从而在外表面上的焦斑尺寸不同，由此所述印刷板的表面上的每个点和所述板同时由具有不同焦斑尺寸的多个调制光束来雕刻，以及
所述调制光束的焦斑是相互平行的，从而聚焦的调制光束的焦斑沿所述印刷板的轴向建成一行。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调制光束是相互平行的。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个分光束包含至少三个分光束。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述的由一个或多个分束器组成的一组分束器包含一组反射镜，每一个具有反射系数并根据所述反射系数反射全部或部分入射激光束。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，第一焦斑和第二焦斑分别在所述印刷板的体内的第一深度级别和第二深度级别进行雕刻，所述第二深度级别比所述第一深度级别深，并且所述焦斑大于所述第二焦斑。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
一个或多个反射器，所述一个或多个反射器布置于所述光束调制器与所述聚焦子系统之间以反射每个调制光束，从而来自不同分光束的调制光束是平行的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个光束调制器是能够从一个分光束创建多个调制光束的声光偏转器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述调制器是声光偏转器，每一个具有偏转范围，可应用所述偏转范围以使所述调制光束在轴向上相对于彼此对齐。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括用于分光束的延迟器，可应用所述延迟器以延迟至所述调制器的所述分光束，从而所述调制光束在横向上彼此相对对齐。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括处理头，用于所述分光束的所有聚焦透镜被包含于所述处理头中。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其特征在于，所述聚焦子系统与所述印刷板之间的任何空间由金属护罩分隔开，所述金属护罩具有开口以允许聚焦的调制光束传播至所述印刷板上，所述金属护罩具有曲率，该曲率具有朝向所述印刷板的法向量，形成文丘里喷嘴，该文丘里喷嘴防止粉尘进入所述金属护罩与所述聚焦透镜之间的空间。
12.一种对弹性印刷板进行多光束直刻的方法，其特征在于，包括以下步骤；
从激光源发射入射激光束充足功率输出以对安放于鼓式成像器的成像鼓上或平台成像器的平台上的弹性印刷板进行直刻，所述鼓式成像器的鼓是可绕纵轴旋转的并具有由旋转轴限定的纵向和沿所述鼓的圆周限定的横向，所述平台成像器具有纵向和垂直于该纵向的横向，所述板具有外表面和弹性体；
由一个或多个分束器分割所述激光束以创建多个分光束；
使用多个光束调制器来同时调制所述多个分光束以从每个分光束创建一个或多个调制光束，根据成像数据各部分来控制各光束调制器；以及
由聚焦透镜同时聚焦所述一个或多个调制光束以创建一个或多个聚焦的调制光束，聚焦的调制光束聚焦于离所述印刷板的外表面的多个深度处，
其中，每个聚焦的调制光束具有焦斑，所述焦斑具有焦点尺寸，并且至少两个焦斑位于所述印刷板的表面上的不同位置处并聚焦于所述印刷板的体内的不同深度级别处；以及
所述调制光束相互平行，从而聚焦的调制光束的焦斑沿所述印刷板的轴向建成一行。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，第一焦斑和第二焦斑分别在所述印刷板的体内的第一深度级别和第二深度级别进行雕刻，所述第二深度级别比所述第一深度级别深，并且所述焦斑大于所述第二焦斑。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
延迟至所述调制器的一个或多个分光束以使所述调制光束在所述横向上彼此相对对齐，
安置所有所述聚焦透镜于处理头中；以及
其中，所述聚焦透镜与所述印刷板之间的任何空间由金属护罩分隔开，所述金属护罩具有开口以允许聚焦的调制光束传播至所述印刷板上，所述金属护罩具有曲率，该曲率具有朝向所述印刷板的法向量，形成文丘里喷嘴，该文丘里喷嘴防止粉尘进入所述金属护罩与所述聚焦透镜之间的空间。
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