CN1159628C - 用于点照明介质的照明装置和照明方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及至少一个发光器，所述发光器被设置成通过一个微型快门装置照明至少一个照明面，所述的微型快门装置包括至少一个微型快门，每一个微型快门包括一个贯穿照明孔和一个与贯穿照明孔相关联的能电驱动的光阑部件(4)，发光器(1)的至少一个被设置成能经过一个第一透镜装置照明至少两个微型快门，所述透镜装置包括相对于每一微型快门设置的至少一个微透镜，以便由一个发光器或多个发光器发出的光聚焦在各个微型快门中。根据本发明，能用空前高的、均匀的照明强度实现在照明面上照明整个非常大的区域。

Description

用于点照明介质的照明装置和照明方法
发明领域
本发明涉及用于点照明介质的照明装置和照明方法。
在印刷工业中，通常通过复制底片来形成胶版印刷板，所述底片具有待印刷到印刷板上的图形。
这是在真空下在向下印刷框(print-down frame)中进行的，以保证底片和印刷板之间的紧密接触。用强光灯(例如，氙灯或汞灯)透过底片而照明底片，该底片在给定的范围(例如，350-450nm)内其照相乳胶是易感光的，从而将底片上的图象转移到印刷板上。
所使用的底片上的图象通常已经形成，它是用激光束将图象绘制在图象设置器(image setter)中的底片上来形成的。由数字信息控制的调制器来接通和关断激光束。
因此包括两个主要的加工步骤：底片的制作和平板的复制。
显然，省略底片制作并根据数字信息直接将图象照明到平板上能节约时间和金钱。如果能曝光常规的具有经济吸引力的印刷板，这种方案将特别有用。
然而，难以获得能以正确的波长和足够的功率照明常规印刷板的数字控制的照明源，或更具体说激光源。这一问题在350-450nm的UV区域和蓝色区域尤为突出。
避免这些情况的一个方法例如可以是，显影能由较长波长的激光来曝光的非常灵敏的板。目前在被称为CtP〔计算机-平板图象设置器(Computer-to-Plate Image Setters)〕的机器中使用这种技术。然而，要获得这样的印刷板很昂贵，就象由于这些高灵敏的印刷板在日光下曝光而必须处理它们一样。因此，如果能实现充足地照明具有低灵敏度的更具有经济吸引力的印刷板，它在几个方面会有优点，这可通过增加在印刷板上的光强度来实现。
然而，这种方案将带来新的问题，因为，仅仅由如上面所述的市场上买得到的光源不能提供所需波长的足够光功率。
通过使用例如能发射较大光功率的短弧光灯能克服这一问题。
然而，该技术方案进一步复杂化，因为，不能用与已知的激光相同的方式来调制灯，但是可通过光源的单纯地机械调制来解决这一问题。
本发明申请人的欧洲专利EP 0642 423和EP 0643 645公开了上述类型的应用，其中，用所谓的直接曝光通过通常所说的微型快门(microshutters)直接照明底片或印刷板。然而，增加照明分辨要求的这些应用其结构会相当复杂和昂贵，因为要用相应的光纤形式的光源和相应的光学系统照明每一微型快门。因而，在高照明分辨率的情况下，它们包括相当复杂的、必须的、极大量的光纤，每一光纤对于有关的应用都得进行矫正。在上述类型的照明系统的情况下，实际上光纤限制了可能的分辨率，就象光损耗是整个系统的限制因素一样，因为利用这种邻近曝光需要在进入侧的整个孔的表面上均匀地照明各个针孔。如果例如由准直透镜朝下引导光至各针孔的话，将有非常大的光损耗落在针孔的外面。如果例如通过微透镜使光线向下聚焦到孔中，则从进入侧到孔中的光强度分布将不均匀，而类似于高斯曲线，因此只能使用一少部分光束来实现均匀照明。
所以，本发明的目的首先是实现一种调制器，该调制器能用于照明系统中，以便有效并经济地照明需要相当高照明强度的常规印刷板。
发明概述
照明装置发光器的至少一个被设置成经过第一透镜装置照明至少两个微型快门，所述透镜装置包括相对于每一微型快门设置的至少一个微透镜，以便由发光器发出的光聚焦在各个微型快门的光通道的光轴上或光轴的附近时，便可获得一种非常适合照明具有低光学灵敏度的感光介质的装置。
因而，由发光器或发光器之一发出的光被聚焦在各微型快门中，这样可对照明位置上进入的相干光调制。
已经发现，当使用可以在市场上购得的板时，可同时由一个发光器给几个微型快门提供足够的“光能量”或光强度。所以，根据本发明，将所用的微型快门再分成较小的组就足够了。
已发现，能利用根据本发明第一装置的微透镜通过将准直光束再分成几束光束并将它们聚焦在它们相应的微型快门中来分配准直光束而部分地实现这一点。此外，虽然担心这种分开会有相当大的光损耗，但是已发现这样的分布仅仅包括非常小的光损耗。
在本发明的范围内，能以几种不同的方式构成微透镜装置。在本发明范围内变化的一个例子是多层线排列(multilayer linearrangement)。
应该注意，在不考虑要求在整个光通道的入口中有平坦的强度分布的情况下，通过聚焦经过相关联光通道的整个或大部分光束，可以实现根据本发明的功率最佳值。从而，通过合适的聚焦可以实现在快门孔之间的最小功耗或减少在快门孔之间的功耗。
根据本发明，也能通过例如光纤端形式的发光器照明几个快门。
当用一个或比较少的几个发光器平行地照明介质时，这样的分配能以非常高的照明率在各个照明点实现并保持高的照明强度。
因而，根据存储的数字数据通过高速曝光能够可重复地照明介质，因为高照明强度使各个微型快门的打开时间减少，然而，这还需要减少上升/下降时间。一个微型机械快门的合理结构能保证实现如此小的上升/下降时间，以致当整个系统在照明区域和照明装置之间有相对运动时(例如在对整个照明区域扫描的情况下)还能使用本发明的快门装置。较小的上升/下降时间能使照明点接近其理想形状。
根据本发明，利用形成光通道的孔将实现微型快门的特别优选实施例，在使用例如反射镜而不使光变暗和不反射光的情况下能通过所述光通道传输光，并且，为了传输光，通过能电驱动的机械光阑可机械地遮挡和打开快门。在光通道中本身的减光理论上为零。
使用微型机械式快门的几个显著的优点之一是，它们能在短时间间隔内将相当大量的光能传输到照明区，因此，鉴于上面所述的在快门装置和照明区域之间的相对运动，对于在获得所希望的照明结果之前照明区域上的给定点要接收特定量的光的情况，形成较小的间隙(allowance)。例如，如果为了实现正确的曝光要几次照明同一点的话，则会不得不形成较大的间隙。即使例如通过扫描照明，就象能够增加扫描速度一样，本发明还能快速和强功率地照明各个照明点。
感光介质的例子例如可以是印刷板，底片，印刷电路板(PCB)，等等。
会注意到，本发明能以非常高的照明强度在较大区域上有效地进行同时并行的调制。
根据本发明，还能获得非常高的通/断比，即，分别在打开状态通过微型快门的光与在断开状态通过微型快门的光的比。
通过合适地改变例如横截面能使光通道的形状适合各种应用。
此外，本发明能完成数字印刷校样，例如，在曝光印刷板时在同一机器上完成校样。用传统的印刷校样方法在没有首先曝光底片的情况下不能形成与印刷纸上的图象相同的校样，例如用如铝合金电镀法和模板印刷(Matchprint)之类的识别校样方法事实如此。
因此，根据本发明，能在校样纸和印刷纸上都形成相同的图象，并且因而能用照片获得非常好的记录的校样。
这意味着，例如本发明提供了预测印刷中的莫尔条纹问题的可能性，理由是本发明能直接调制UV光并由此在传统UV敏感的校样材料上形成与照片中的光栅点相同的光栅点。
能用于完成本发明的照明源例如可以是UV短弧光灯。因此，通过使用汞短弧光灯能获得在350-450nm范围内的非常高的照明强度(辐射强度)。能获得大约10W/sr的辐射强度，对于常规的胶印板用一个灯就足以获得合理的照明率(illuminatioh rate)。
总的来看，本发明能以非常高的照明强度和非常短的波长来调制，为此能实现通常的廉价印刷板。
本发明的另一方面并且是非常需要的方面和所述印刷板的用途在于，前面所述的较低光灵敏度在存储和处理方面有很大的优点，因为，与高灵敏的印刷板相反，它们能在没有曝光的某一时期承受日光照明。
将知道，本发明不仅能用于曝光底片和印刷板，而且可以便利地用于照明在所有使用的不同领域中的其它类型的感光材料。
照明装置还包括一个设置在微型快门和照明面之间的第二微透镜装置，以便能适当地将透过各个微型快门的光通道传输的光聚焦在照明面上时，可实现在照明面上便利地照明，因为经快门调制的光能在照明面上聚焦到光点上，其形状和范围由光学系统的大小和结构来确定。
由于在快门孔中各个光束的强度分布是不均匀的，所以通过使用第二微透镜装置能改进光能的利用率。由于具有较小直径的光通道(针孔)，这特别适用。所以在微型快门外面使用聚焦光学系统能显著地增加效率，因为光束形状(beam profile)的边缘区域同样聚焦到照明点。
发光器中的至少一个由与至少一个光源光学连接的一个光波导形成时，得到本发明的一个优选实施例，因为能以容易的方式用较少光损耗来有选择地将光导入相关的微型快门中。
光波导是指光纤、自聚焦光波导、波导，等等。
当用光波导作为发光器并将光波导与光源相连时，能以最优方式将大量的光导入照明位置。如果用弧形灯作光源情况尤其如此，因为与使用例如激光器的情况相比它们发出相当少的形状分明的光。
例如，根据来自光源的弧光的辐射强度分布和所希望的强度水平，通过使用不同的中灰滤光片，还能使进入每一单独光波导的光分级(graduate)。
当使用光波导(例如光纤)时，在离开调制装置一段距离的中心放置光源或多个光源，这可便于维护和冷却。
在一个或多个光源的配置中还有另外的自由度，这便于设计和制作。这被认为是一个特别的优点，让人回想到，当光源直接安装在快门上方而不使用光波导的情况下，光源的实际尺寸要求希望相当高的曝光分辨率的照明系统加工成所需要尺寸。
空间的考虑把照明系统局限于较小范围内，因为直接在微型快门装置上布置光波导端比布置光源要容易，这是由于光纤端通常比光源具有较小的尺寸。
用光波导或光纤作为能与光源光学连接的发光器，还能形成一些非常小型的照明单元，用相当简单的方式能将这些照明单元一起制作成较大的照明单元，就象考虑到可能需要的实际照明条件最初将这些照明单元一起制造一样，因为，在照明源和各个照明点或整个照明区域之间高要求的光传输，相对于各个照明单元的实际位置或整个照明系统中的光源的必需位置而言，并不是高要求的。
还能使光源离开这种结构包括的灵敏部件一段距离，因而能更加简化整个装置的制作，当使用大量激光源时这应该被看成是一个特别的优点。
最后，应该注意到，光纤在一定长度(通常为2米)上是均匀化的或是“束平整的”(“beam-cleaning”)，而且由光源发出的光在被导向照明位置或照明面和调制光学系统之前经过自动矫正。
光波导由光纤形成时，能实现本发明一个特别优选的实施例，因为，相对于常规光学系统而言，能相当容易地处理光纤。对于相当复杂的光学系统，这一点是很明显的，在所述相当复杂光学系统中在没有光波导情况下常规的传输光学器件不能操纵大量的子照明系统，每一子照明系统都有其自己的发光器。
光源的至少一个由短弧光灯来形成时，能在非常大量的微型快门上获得非常高的照明强度并从而在较大的照明区域获得非常高的照明强度，因为，与使用可以在市场上购得的激光源相比，它能在给定的所希望的波长获得大很多的功率。
当照明源的数量受限制时，所得到的优点是相当明显的，因为已有短弧光灯的性能与激光源相比有一个优点：单个灯通过调制用的微型快门能照明较大的照明面。
例如，通过使用汞短弧隙放电灯能在350-450nm范围得到所希望的辐射强度。由此能获得约10W/sr的辐射强度，从而用一个灯就足以获得用于常规的胶印板的合理的照明率。
因此，本发明开辟了以相当简单的方式在较大区域获得空前均匀的照明强度的可能性。
当用光纤吸收来自弧光灯的光功率时，能以简单的并且是最优的方式避免因光源的实际形状和结构引起的功率浪费，因为能相当自由地并按需要地将光纤放在弧光灯的光场内。
光纤还提供了在照明区域上增加照明强度的可能性。
例如，可以将光纤组合成一个大的光纤束，相对于通过反射器聚集的集中光束来合适地放置光纤束，其中光源放置在反射器中。
该光源包括一个具有接收光的光波导或光纤的短弧光灯，在相对于灯的赤道轴E为+/-75°角度内并在围绕灯的球面上设置所述光波导或光纤，而且所述光波导或光纤与发光器光学连接并将光导入发光器时，根据本发明能在不使用反射器的情况下获得的一个优选实施例，因为来自短弧光灯的光被最佳地接收在各光纤中，因而这些光纤可被安置在距其一定距离的具有象球一样形状的球面上。
根据具体使用的例子，光纤连接包括布置在短弧光灯和微型快门阵列之间的大约150根光纤。
因此，似乎按照本发明使用的灯(例如，UV灯)是有吸引力的，因为由相应的定向光波导能吸收和利用灯的其它有些不一致的光取向和强度，并接着通向和照明所使用的面照明系统。
例如，灯可以是一个汞短弧光灯。
当将多个光接收端分布在灯的球面上时，能通过调整光接收端相对于灯的位置来调整光在光波导的光接收端中的吸收和其辐射分布。
另一可能的实施例是构成具有如上所述的反射器和光纤束的光源，反射器涂有合适的滤光涂层，光纤束相对于反射器合适地定向。这样的滤光通常需要冷却反射器。
这样汇集光能的优点是，该方法是非常可控制的，并且该方法能以相当容易的方式在相对于反射器取向的光波导上提供均匀输入。该反射器汇集和予先滤光的进一步优点在于，安装和维护可以大大方便。
光源中的至少一个由激光源形成时，根据本发明具有另外的一个优点，因为在较大照明区域上需要的照明功率能由几个激光源加起来来形成。
此外，根据本发明，激光源的使用可减少能量损耗并因而可提高效率，其一部分原因是能减少射入损耗，还有一部分原因是相当高的光源的利用率。在2000W弧光灯通常能在感光介质上以调制光点的形式产生所需波长范围的20W功率的地方，即，大约1％的效率，具有明确波长的二极管激光器通常能产生约5％的效率。
来自激光源的光是椭圆形的和象散的，这必须用光学系统来矫正。当使用光纤时，光分布在光纤中，并且光纤发出需要较少光学矫正的更均匀、“混合”的光束。
当照明源以几个激光源的形式面对面地加在一起(face-summed)时，能在照明面上增加照明均匀性，因为，为了在提高整个系统的效率的同时达到均匀照明各个微型快门装置的目的，可以分别调整激光源。
激光源可以是例如二极管激光器、固体激光器、气体激光器、液体激光器、半导体激光器等。
用枢轴铰接到微型快门装置上的平板来形成能驱动的光阑部件时，可实现本发明的一个优选实施例。
该照明装置包括至少一个光波导形式的发光器和至少一个准直透镜，其中所述光波导与光源光学连接并被设置来照明按给定的工作面形状配置的多个微型快门，而且所述至少一个准直透镜设置在发光器和工作面形状之间以便将准直光导向与微型快门相关联的第一微透镜装置时，则能获得微型快门和相应光学系统的优选部分，能形成一个完整的可再分的照明系统的一部分。
应该注意到，可以将照明单元制成一个具有微型快门、光学部件和集成光波导或光纤的小型单元，以便该照明单元能以一个小型的并可调整的单元来销售，仅仅是针对在给定应用中所用的光源来进行调整。
微型快门的工作面形状构成六边形时，可以简单的方式获得与相应微型快门装置一起制成和相结合的微型快门装置的工作面形状。
除上述与相应微型快门装置有关的几何条件外，六边形工作面形状有如下优点：当使用照明具有圆形横截面的微型快门装置的发光器时，能获得相当高的填充度。
根据外接圆了解到六边形工作面形状的填充度为大约83％，而方形工作面形状的填充度约为63％。
此外，六边形工作面形状有如下优点：能以简单的方式将各个微型快门分布在工作面形状上，从而获得所需照明分布。
可以想象在本发明的范围内还可以实现许多其它工作面形状。
照明装置包括至少八个六边形，每一六边形由与发光源光学连接的光纤照明时，可实现模件单元照明系统，能容易地将该系统一起制成有所需要的照明特征，这里照明源经过光纤馈入每一六边形。
在具有给定相互间距的微型快门的工作面形状的横向方向T，逐行定位具有相关微透镜光学系统的各个微型快门，所述各行沿横向方向相互偏移时，则获得提高的照明分辨率。
这样排列各行，使在工作面形状的横向方向T上的所有微型快门的投影沿横向方向T形成有相互距离ΔL的多个照明点时，则获得的本发明的一个优选实施例，因为可便利地将工作面形状用于例如扫描或类似的运动照明，其中照明分辨率小于微型快门之间的最小可能距离。
全部地或部分地由六边形聚焦透镜构成第一和/或第二透镜装置时，能获得透镜装置的特别有利的几何形状，因为六边形透镜比圆形透镜能更紧密地组合起来，这还可以使系统的效率得到提高。
微型快门的工作面形状被配置在一个或多个照明头上，每一照明头和照明面适合于进行穿过照明区域的相对运动，还给所述装置配有控制单元，用于根据照明头与照明面之间的相对运动控制微型快门时，则能实现快速曝光的一个便利的另一方案，因为可以用照明单元照明较大的照明区域，就象可以增加照明分辨率一样。
将意识到，能通过固定每一照明头并移动照明区域来实现每一照明头和照明区域之间的相对运动，能通过固定照明区域并移动照明头来实现每一照明头和照明区域之间的相对运动，以及能通过移动每一照明头和照明区域来实现每一照明头和照明区域之间的相对运动。
尤其是，能根据可移动单元的结构和形状来设置横过照明面的运动。例如，能以分段运动的方式使具有多个快门的分立照明单元绕照明面运动，从而以分立照明面的和来构成全部区域而实现指定的曝光。
由杆形成可移动单元，而且照明面和杆之间的相对运动是沿杆的横向方向的简单前进运动(single progressihg movement)时，能实现本发明的一个特别优选的实施例，因为这样的扫描可以沿整个照明面的横向方向给出全部的照明，从而避免在分立照明区域之间的边界限线，以便在整个曝光中在运动方向横向的曝光点中的定位误差基本上减少为在照明单元的各个微型快门之间的相互定位误差和波导中的误差。
由在两个位置之间来回运动的振荡光阑单元来形成每一单独的微型快门，所述振荡光阑单元被悬挂以使弹性力作用在两个位置之间的平衡位置，所述照明装置还包括控制单元，该控制单元通过静电力来控制振荡光阑单元，所述光阑单元在两个位置中的一个位置处挡住光通道时，则可获得快速调制，因为，振荡单元的固有频率确定微型快门的转换时间，振荡单元的固有频率是所述振荡单元的振荡参数(例如质量，弹性和几何形状、以及内力和外力)的函数。
因而，能由振荡系统的固有频率提高各个微型快门对来自控制单元的已知控制信号的响应时间，因而可以按所需转换时间确定所述响应时间。
例如，在没有上述弹性悬挂装置的重要组成部分的情况下，可以构成其它微型快门类型，因为主要通过全部沿光阑单元和其臂放置的电极使快门的光阑单元从一个位置移向另一位置。
位于微型快门装置和照明面之间的照明单元还包括使由光通道发出的光束在照明面上发散的光学装置时，能在较大的照明区域进行快速曝光，因为使由光通道发出的光束发散的光学装置能保证：微型快门装置能照明与相应微型快门装置的尺寸对应的区域，还能覆盖尤其是在照明系统中的各种模件之间的盲区。
当光通道的横截面在朝向照明面的光通道的下端有最大直径时，如果各个快门板位于光通道上端的上面或上方，则能以最好的可能方式引导光，这使我们想到，通常企图将来自第一微透镜的光聚焦在快门板本身上。
当至少一个光通道是圆维体时，在朝向照明面的光通道的下端有最大直径，这能实现本发明的一个优选实施例。
附图
下面将参考附图更详细地描述本发明，其中
图1以其基本的形式表示本发明，
图2表示发光器如何连接到光源上的一个例子，
图3表示根据本发明的另一例子，其中用激光二极管构成光源，
图4表示根据本发明的另一例子，其中用光波导构成光源，
图5表示根据本发明的另一照明装置的结构，
图6表示根据本发明的扫描装置，
图7-10描述本发明的具有大量微型快门的照明装置的操作方式，
图11和12表示根据本发明用于扫描的照明模件，
图13表示本发明的用于快速曝光的照明模件的结构，
图14表示图13中所示的照明模件的横截面图，
图15表示本发明光通道的形状的例子。
实施例
图1表示根据本发明的一个例子。
用于点照明介质9的装置包括：一个与由微透镜2构成的透镜装置相隔一段距离的发光器1，由带有多个孔6的平板元件和相应的光阑元件4构成的微型快门装置。由位移或转动可分别电驱动光阑元件4。
就广义来说，认为微型快门或光阀意味着可透过光光的光阑，它们可由例如微型机械式快门构成。各个快门单元可以是例如在法国专利申请No.9412928和相应的EP-A 709 706中所描述的类型，根据本发明，通过各个微型快门直接传输要调制的光以获得最小的传输损耗是很明确的。
应该注意到，在上述专利申请中描述的微型快门在本发明中特别有优点，因为，如果在照明装置和介质之间相互运动的期间要在感光介质上获得合理的形状分明的光点，该微型快门必须(并且能够)具有非常小的上升/下降时间。更应该注意到，根据本发明，由于高传输的光效应，所以在各个照明点上具有相当短的照明时间。
每一光阀至少具有一个单独可寻址的打开和关闭状态，在此状态，相对于光通过相应的光通道，分别呈现最小减光和最大减光。
就此而论，微型机械式快门具有优点：在上述两种状态中的调光实际上是最佳的，因为实际上由微型机械式平板或类似物提供调光，这些机械式平板或类似物在最大减光状态简单地挡住光线的通过并原则上在最小减光状态使光束不变暗淡。
所示例子的作用在于，收集的准直光束A被聚焦在微型快门装置的孔6中，以便在图1所示位置中光阑单元4挡住光通路，而在它们的打开状态允许光通过孔6以便照明介质9上与各个孔6相应的照明点。
应该注意到，本实施例其结构非常简单，因为在孔6和介质9之间没有使用聚焦光学器件。
在EP 0 642 423 B1中描述了该技术的基本形式，介质9或照明平板被准确地设置在光束的菲涅耳区和夫琅和弗区之间的过渡区中。
此外，应该注意到，在微型快门装置相适应的实施例中，还可将快门板放在取向朝向照明表面的板的或介质9的下面。
图2表示本发明另一实施例的横截面图。
照明系统包括多个微型快门装置(没有示出)，每一个都光学连接到多个光纤13上，而且光纤13光学连接到弧形吸收挡板11和12，弧形吸收挡板11和12绕短弧光灯10的轴一起延伸360°。
光纤13固定在吸收挡板上，以便它们在上角度Ua和下角度La之间的吸收挡板11、12上的区域中绕灯360°吸收光。
使角度Ua和La适应所使用的具体的短弧光灯。对于汞(Hg)短弧光灯，例如选择相对于灯的赤道平面E为+60°和-30°。
也可以相对于有关灯的强度分布来选择：各个光纤13相对于它们之间的角度在吸收板11、12上的实际定位和固定；赤道平面。
因此，每一光纤13都照明一个子系统，例如可以与图1中所示的一个相对应，这里光纤的发光端13与发光器1相对应。
根据本发明的一个实施例，围绕吸收挡板11、12的光纤13的数量将大约是150，每一个都能照明与其光学连接的微型快门系统。
根据本发明的该实施例，每一光纤能照明5-600个光通道，从而用相应数量的较小光束分配来自光纤的光。
所以，根据本发明，能获得微型快门的均匀照明，从而获得照明面的均匀照明，而保持良好效率。
根据本发明所示出的实施例，在光源和照明面之间需要的光波导的数量相对于每一光通道的独立光波导减少了5-600倍，而在整个照明面上保持均匀照明。
可以便利地将光纤13配给该微型快门，使两个相邻光纤之间的强度差不会超过给定的最大极限值，或者，如果超过最大极限值，使两相邻光纤不会形成两个相邻微型快门装置。
图3表示根据本发明的另一实施例，这里使用激光二极管作为光源。
因而，使激光二极管21位于夹具20上，用于照明准直透镜22、第一微透镜装置23、由具有光通道26的干底片板(wafer plate)25和相应光阑24配置的微型快门装置、第二微透镜装置27和最后的照明板28。
应该强调的是，为了清楚起见，示出的图形并没有描述例如图象曝光的典型应用，因为在这些应用中的准直透镜典型地将照明大量的微透镜和相应的快门。
根据存储的数字数据和可能给出的相对于照明板28的相对运动，打开和闭合各个光阑元件24，即调制各光阑元件24。
激光二极管21发射光束，其在准直透镜22中被准直为光束A′。接着该光束A′被导入微透镜装置23中，微透镜装置23将光束A′在微型快门装置的光通道26中聚焦为多个光束B′，将光束C′从微型快门装置引导到第二微型透镜装置27中，并由第二微型透镜装置27将各个光束D′聚焦在照明板28上，作为具有光点直径Sd的照明光点。为了清楚起见，这在图中并没有按比例画出。
在一个具体的应用中每一发光器能照明5-600个光通道。例如根据本发明的分辨率可以选为2450DPI，即点之间为10μm。
准直透镜22的直径是5-10mm，在微透镜装置23和27中的各个微透镜具有f2-300μm的直径。微透镜间的中心距离同样是2-300μm的数量级，所以，这也与干底片板25中的孔之间的距离对应。在干底片板25中的各个光通道26通常具有20-40μm的最小直径，并且，快门板24本身稍微大一点以便能使它完全覆盖孔。按照本实施例，照明板28的光点直径Sd可以为12-25μm。
开关比(分别通过打开快门和闭合快门得到的光的比)的数量级是1000∶1或更好，这比最好的公知LCD芯片好大约10倍。
将意识到，按照本发明可以并且在某些情况下应该将多个准直透镜构成一个准直透镜系统，以获得较高的效率。
图4表示另一实施例，其结构的基本形式与图3所示的一个实施例类似。
光波导29位于夹具20上，用于照明准直透镜22、第一微透镜装置23、配置在带有光通道26和相关联光阑元件24的平板25中的微型快门装置、第二微透镜装置27和最后的照明板28。
应该强调的是，为了清楚起见，示出的图形并没有表示例如图象曝光的典型应用，因为在这些应用中的准直透镜22通常将照明大量的微透镜和相应的快门。
根据存储的数字数据和可能给出的相对于照明板28的相对运动，打开和闭合各个光阑元件24，即调制各光阑元件24。
具有适合的光学特性的光纤29或光波导发射光束，并在准直透镜2 2中将该光束准直为光束A′。接着将光束A′导入微透镜装置23中，微透镜装置23则将光束A′在微型快门装置的孔26中聚焦为多个光束B′，光束C′则从微型快门装置引导到第二微型快门装置27中，并在这里将各个光束D′聚焦在照明板28上作为的照明光点。
在该应用中所确定的是，各微型快门组通过所示的光纤接收来自光源的光。
如图所示，因而有可能主要能考虑各个微型快门相对照明面的实际照明的必须位置或要求位置来放置各个快门，接着，在没有更大技术困难的情况下，能通过所示的光纤或具有相应特性的其它形式的光波导将光线导入微型快门组中。
图5表示根据本发明的微型快门结构的一个例子。
沿X方向运动的扫描杆30包括多个六边体32，每一个六边体32都包括根据本发明的大量的微型快门。
每一六边体都包括与图4所示相对应的一个微型快门装置，所述微型快门装置包括与微透镜装置和光阑元件相关联的400-600个光通道26。
经过准直透镜31由设置在每一六边体上方的光纤照明每一六边体32，准直透镜31与图4中所示的准直透镜相对应。
沿扫描杆的30的纵向方向，子区域34和38构成通常所说的覆盖区，将所述覆盖区相互设置为：通过在X方向上扫描杆30适当的同步地运动，使扫描杆30的各个微型快门可以照明该介质上间隔等距离的照明点，由扫描杆和在下面的感光介质之间的相对速度来确定所述的适当的暂时同步。
在扫描杆30的纵向方向上六边体中的所有微型快门的照明点的投影，将在扫描杆30的整个纵向方向上提供相同距离间隔的照明点。
在图7-9中表示上面所述的在本发明六边体中的各个微型快门的详细截面图。
图6表示扫描装置40的横截面图。
使用完成本发明的扫描杆的总目的是，获得比由所选微型快门的尺寸所允许的分辨率高的分辨率，并获得经济便利的系统结构。
通过移动装置(没有示出)使扫描装置40能在X方向上相对基片41作相对运动。扫描装置40包括一个扫描杆30，其与图5中所示的相对应。
所示出的扫描装置能进行相当快速的扫描运动，而保持具有高照明强度、高通/断比、高照明分辨率和较小上升/下降时间的有效照明。
图7-9表示本发明微型快门装置的截面图，其中按行61、62、63、64、65和66的面形设置各个微型快门。
为了清楚起见，仅仅表示与各个微型快门相关联的微透镜50和在微型快门中提供的光通道51。
具有相应光学器件的每一微型快门都有一个最大范围，该最大范围与相应微透镜50之间的中心距离对应，按照所描述的例子，该最大范围为大约100μm，并且，与各个微型快门相应的在下面的感光介质(没有示出)上的光点为大约12-25μm，具有约10μm的分辨率和10行的快门。
行61与62、63与64、65与66相互之间偏移是有效相互距离的一半，而行62与63、64与65相互之间偏移是有效相互距离与所需分辨率之和的一半。
实际上，每一微型快门通常都有大约250μm的范围，因此，具有约10μm的分辨率需要在微型快门阵列中有大量的行。
图7中表示，在扫描装置运动期间，行61如何通过扫描线SL，允许在线BL1上示出的点中寻址和调制扫描线。
图8中表示，在扫描装置运动期间，行62如何通过扫描线SL，允许在线BL 2上示出的点中寻址和调制扫描线，其中，点61′从微型快门行61发出，点62′从微型快门行62发出。
图9中表示，在扫描装置运动期间，行63如何通过扫描线SL，允许在线BL 3上示出的点中寻址和调制扫描线，其中，如图8所示，点61′从微型快门行61发出，点62′从微型快门行62发出，点63′从微型快门行63发出。
在图10中表示，当所有的10行(仅仅表示行61-66)都已经通过扫描线时，用与行61-66对应的光点61′-66′如何形成总图形。
应该指出的是，关于图7-9，可将与每一快门相应的各个微透镜例如构造成六边形透镜，从而通过防止光落在微透镜的外边而使光损耗减为最小。
图11表示根据本发明的照明模件的另一例子。
照明模件80包括八个六边形面81，每一个六边形面81都包括根据本发明的400-600个微型快门(没有示出)和相应的光学部件。由来自光纤(没有示出)的准直光82照明每一六边形。各个六边形面的基本结构如图4所示。光纤与汞短弧光灯形式的UV光源连接。
能以大约±1μm的精度相互定位各个照明模件的位置。
六边形面81共同起作用，使覆盖区一起形成一个照明阵列，该照明阵列与在覆盖区外的照明阵列对应。
使六边形面81的微型快门与控制单元电连接，该控制单元根据例如RIP(光栅图象处理器)给微型快门提供必需的控制数据，并且与扫描杆和感光介质之间的相对运动同步地打开和闭合各个微型快门。
照明模件80的几何形状，保证能以简单的方式使模件80与例如具有所需长度的扫描杆一起构成。
根据本发明，由八个光纤(没有示出)照明所示出的照明模件的每一个。
可以使用集成准直光学部件和光纤将照明模件80制成小型模件，以便以简单的方式通过将光纤与光源连接并调节光纤与光源的连接来容易地校准模件和使模件准备好(“ready to go”)，就象能将一个或多个电闸门(没有示出)与一个总控制处理器单元(没有示出)相连接一样。
在与图6所示的扫描单元对应的扫描单元中例如可以使用照明模件，在扫描杆上设置有24个照明模件80〔LSAs，光屏阵列(LightScreen Arrays)〕，所述照明模件的每一个都与8个光波导光学连接。总共192根光纤与同一光源(例如，一个1kw的Hg短弧光汞灯)连接。
使用一个长的扫描杆导致连续照明照明面的全部横截面，而不是照明不连续的区域，从而可避免在边界区域上的不连续或通常所说的缓冲区。
图12表示根据本发明的照明模件85的一个例子的示意图，该照明模件基本上相当于图11所示的照明模件80。
能以大约±1μm的精度相互定位各个照明模件85的位置。
例如在分辨率为2540DPI的平台型图象设置器中可以使用照明模件80、85。
照明模件85包括八个六边形面87，每一个六边形面87都包括根据本发明的400-600个微型快门(没有示出)和相应的光学部件。由来自光纤(没有示出)的准直光87照明每一六边形面。这些光纤与例如汞短弧光灯形式的一个或多个UV光源连接。
六边形面87共同起作用，使覆盖区一起形成一个照明阵列，该照明阵列与在覆盖区外的照明阵列对应。
使六边形面87的微型快门与控制单元电连接，该控制单元根据例如RIP(光栅图象处理器)给微型快门提供必需的控制数据。
照明模件85的几何形状，保证能以简单的方式使模件85与例如具有所需长度的扫描杆一起构成。
此外，能便利地使用所示出的面形进行两次曝光，当希望这样作的时候，因为能以简单的方式两次照明每一点。
由八个光纤(没有示出)照明所示出的照明模件的每一个。
可以使用集成准直光学部件和光纤将照明模件85制成小型模件，以便以简单的方式通过将光纤与光源连接来容易地校准模件和使模件准备好(“ready to go”)，就象能将一个或多个电闸门(没有示出)与一个基本控制处理器单元(没有示出)相连接一样。
图13表示根据本发明的照明模件95的一个例子的示意图。该照明模件以其基本形状相当于图12所示的照明模件，但是，在光通道的下端和照明区域之间有一个附加的散光光学部件。
照明模件95包括八个六边形面97，每一个六边形面97都包括根据本发明的400-600个型快门(没有示出)和相应的光学部件。由来自光纤(没有示出)的准直光97照明每一六边形面。这些光纤与例如激光二极管(没有示出)形式的一个或多个UV光源连接。
六边形面97共同起作用，以便它们一起形成一个照明阵列，该照明阵列能在不进行扫描的情况下同时照明整个在下面的照明区。例如，用大约50μm的分辨率、508DIP和50-100μm的照明点能进行这类快速曝光。为了快速曝光例如一整张A4纸，这样的一个照明矩阵必须包括4200×5940个微型快门。
理想地，这里应该以相当于投影图上约±1μm的相互精度定位各个照明模件95的位置。
六边形面97的微型快门与控制单元电连接，该控制单元根据RIP(光栅图象处理器)给微型快门提供必需的控制数据。
照明模件95的几何形状，保证能以简单的方式使照明模件一起构成一个具有所需区域范围的一个完整的照明单元。
应该注意，在所示实例中的光源可以是单色的，因而每个面形例如可由激光二极管照明，如图3所示。
应该注意到，各个快门围成的外形或面形例如可以是方形而不是六边形，并且可以是不同的尺寸。
图14是图13所示照明模件95的横截面图。
照明模件的基本结构与图4所示的相当，用发散光学部件98代替第二微透镜装置，发散光学部件98使光束C′99发散成为光束D′，99’并将它们聚焦在照明板94上。
图15表示如何形成光通道的本发明的另一个例子。
为了清楚起见，所示的光通道表示在同一干胶片板(wafer plate)中。
因此，将光通道101制造成两个子部分，并在玻璃的干胶片板100中蚀刻这两个子部分。
而且，在同一或另一干胶片板100中将另一光通道102制造成锥体。
在所示的实施例中，使与光通道相关联的快门板的定位在光通道的横截面为最小的干胶片板的侧面，因为来自发光器或照明源(没有示出)的光线通常聚焦在快门平板本身上，以实现在全部相关的照明点上尽可能地不连续并快速地调制。如果使快门平板位于干胶片板的下侧，则光通道通常在下侧具有最小的横截面(没有示出)。
应该知道，为了直观在某些方面简化了所描述的例子。然而，这并不限制本发明为上面所述的内容，而仅仅是描述本发明的全部基本特征。
因此，应该知道，本发明不仅仅能用于曝光所示出的例子中的同类的底片或印刷板，而是能便利地在完全不同的应用中用于照明其它类型的感光材料。

Claims (21)

1、一种点照明介质用的照明装置，它包括至少一个发光器，所述发光器被设置成通过一个微型快门装置照明至少一个照明面，所述的微型快门装置包括多个微型快门，每一个微型快门包括一个光通道和一个与光通道相关联的能电驱动的光阑部件(4)，其特征在于，发光器(1)的至少一个被设置成经过第一透镜装置(2；23)照明至少两个微型快门，所述透镜装置包括相对于每一微型快门设置的至少一个微透镜，以便由一个发光器或多个发光器发出的光聚焦在各个微型快门的光通道的光轴上或光轴的附近。
2、如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，它还包括一个设置在微型快门和照明面之间的第二微透镜装置(27)，以便能适当地将透过各个微型快门的光通道传输的光聚焦在照明面上。
3、如权利要求1所述的照明装置，其特征在于发光器中的至少一个由一个光波导(13；29)形成，所述光波导与至少一个光源光学连接。
4、如权利要求3所述的照明装置，其特征在于该光波导由光纤形成。
5、如权利要求3所述的照明装置，其特征在于光源(10)的至少一个由短弧光灯来形成。
6、如权利要求3所述的照明装置，其特征在于，该光源包括一个具有接收光的光波导或光纤(13)的短弧光灯(10)，在相对于灯的赤道轴为+/-75°角度内并在围绕灯的球面(11，12)上设置所述光波导或光纤(13)，而且所述光波导或光纤(13)与发光器光学连接并将光导入发光器。
7、如权利要求3所述的照明装置，其特征在于，光源中的至少一个由激光光源(21)形成。
8、如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，用枢轴铰接到微型快门装置上的平板来形成能驱动的光阑部件。
9、如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，它包括至少一个光波导(29)形式的发光器和至少一个准直透镜，其中所述光波导(29)与光源光学连接并被设置来照明按给定的工作面形状配置的多个微型快门；而且所述至少一个准直透镜(22)设置在发光器和工作面形状之间，以便将准直光导向与微型快门相关联的第一微透镜装置(2；23)。
10、如权利要求9所述的照明装置，其特征在于，该微型快门的工作面形状构成六边形(32；81；87)。
11、如权利要求9或10所述的照明装置，其特征在于，该照明装置包括至少八个六边形(81；87)，每一六边形由与发光源光学连接的光纤照明。
12、如权利要求9所述的照明装置，其特征在于，在具有给定相互间距的微型快门的工作面形状的横向方向，逐行定位具有相关微透镜光学系统的各个微型快门，所述各行沿横向方向相互偏移。
13、如权利要求9所述的照明装置，其特征在于这样排列各行，使在工作面形状的横向方向上的所有微型快门的投影沿横向方向形成有相互一定距离的多个照明点。
14、如权利要求2所述的照明装置，其特征在于，全部地或部分地由六边形聚焦透镜构成第一和/或第二透镜装置。
15、如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，微型快门的工作面形状被配置在一个或多个照明头上，每一照明头和照明面适合于进行相对运动，还给所述装置配有控制单元，用于根据照明头与照明面之间的相对运动控制微型快门。
16、如权利要求15所述的照明装置，其特征在于，由杆(30)形成照明头，而且照明面和杆(30)之间的相对运动是沿杆的横向方向的简单的前进运动。
17、如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，由在两个位置之间来回运动的振荡光阑单元来形成每一单独的微型快门，所述振荡光阑单元被悬挂以使弹性力作用在两个位置之间的平衡位置，所述照明装置还包括控制单元，该控制单元通过静电力来控制振荡光阑单元，所述光阑单元在两个位置中的一个位置处挡住光通道。
18、如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，位于微型快门装置和照明面之间的照明单元还包括使由光通道发出的光束在照明面上发散的光学装置(98)。
19、一种通过至少一个发光器来点照明介质用的方法，所述发光器被设置成能通过一个微型快门装置照明至少一个照明面，所述的微型快门装置包括多个微型快门，每一个微型快门包括一个光通道和一个与光通道相关联的能电驱动的光阑部件(4)，其特征在于，发光器(1)的至少一个被设置成能经过一个第一透镜装置(2；23)照明至少两个微型快门，所述透镜装置包括相对于每一微型快门设置的至少一个的微透镜，以便由一个发光器或多个发光器发出的光聚焦在各个微型快门的光通道的光轴上或光轴的附近。
20、如权利要求19所述的方法，其特征在于，它还包括第二微透镜装置(27)被设置在微型快门和照明面之间，以便能将透过各个微型快门的光通道(6；26)传输的光合适地聚焦在照明面上。
21、如权利要求19或20所述的方法，其特征在于发光器中的至少一个由一个光波导(13；29)形成，所述光波导与至少一个光源光学连接。
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