CN1379287A - 具有offner型宏光具的印版制图像装置 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于印版(29)的制图像装置,具有一个光源(12)阵列和一个安置在后面的微光具(14),该微光具产生光源(12)的中间虚像(18),其特点为,在微光具(14)后面安置一个光学装置(10),该光学装置至少包括具有一个共同曲率中心点的一个凸面镜(26)和一个凹面镜(24),它产生中间虚像(18)的实像(28)。通过由凸面镜(26)和凹面镜(24)组成的该光学装置(10)的一种整体结构(40)可以达到紧凑的、节省结构空间的构造。本发明用于印版(29)的制图像装置可以特别有利地用于印版曝光器或者印刷机印刷装置中。

Description

具有0ffner型宏光具的印版制图像装置
技术领域
本发明涉及一种用于印版的制图像装置，具有一个光源阵列和一个安置在后面的微光具，该光具产生所述光源的虚像。
背景技术
在印版曝光器中或者在直接成像印刷装置中使用成列的或者呈矩阵形式的光源阵列在印版上制作图像，对要使用的成像光具提出了很高要求。典型的是，光源阵列由一定数量的二极管激光器、最好是单模激光器组成，它们相互间隔一定间距在一个半导体基底上，典型的是基本上间隔相同间距安置，它们具有一个共同的、在晶体断裂面上准确定义的出射平面。这些光源或者说二极管激光器的发射光锥形在两个相互基本正交的对称平面内张开不同宽度。因此，对于成像光具必须要求，一方面以优选较少数量的组件减小这种不对称，最好是将其最小化，另一方面能够使发射体阵列的全局成像尽可能没有成像误差。
从现有技术中知道了一系列成像光具，它们专门为用于在图像载体上制作图像的成排二极管激光器成像而设置。例如从US 4,428,647中知道了一种半导体激光器阵列，分别在激光器阵列和物镜之间为其各个激光器配置了一个位于附近的透镜。这些透镜的目的是，改变从激光器阵列表面射出的光束的发散角，使这些光尽可能高效地被物镜收集和聚焦到图像载体上。选择这些透镜的折光力，使得为每个激光器在发射表面后面产生一个中间虚像，其间距大致相当于发射光束的间距，其中，该发射中间图像是放大的。
例如在EP 0 694 408 B1中说明了，一个微光具可以如何借助于轴向对称的光学元件降低出射光的发散。
这类光源阵列经常侧面线尺寸差别非常大，例如10×0.001mm2，因此要求特殊的微镜成像装置和宏观镜成像装置。采用这样尺寸的球面光具只能通过较大并且费事的光具设计解决。使用球面宏光具(Makrooptik)的缺点是，成像质量作为到光轴的距离的函数变化。直到现在，即使使用柱面透镜和柱面透镜阵列也不能使特别是成排二极管激光器形式的光源阵列的成像达到所期望的恒定质量。
从US 3,748,015中知道了一种具有单一放大率和高分辨率的用于物体图像整形的光学系统，其中包括由一个凸形的和一个凹形的球面反射镜的组成的安置，反射镜的曲率中心点在一个点上重合。这种反射镜装置在系统内产生至少三个反射点并在一个包含曲率中心点的平面内产生两个与光轴隔开间距、具有单一放大率的共轭区域，其中，在曲率中心点系统光轴与这个平面正交。这样的反射镜组合没有球面像差、彗形差像和畸变，并且，如果所使用的反射镜表面的强度或者折光力的代数总和为0，所产生的图像没有第三级像散现象和像场拱曲。这样的光学系统也被称为Offner型光学装置。
与此相关要提到的是，例如在US 5,592,444中介绍了用于在光学存储介质上同时在多个迹道中写读数据的一种方法及其装置。该文献中介绍的用于多个可单个控制的二极管激光器的成像光具包括一个上面所述的Offner型球面反射镜装置，就是说由具有共同的曲率中心点的球面凹反射镜和凸反射镜形成的组合，但其可降低发散度的微光具不产生虚的、特别是放大的中间图像。
然而，在印版曝光器或者印刷机的印刷装置中使用印版制图像装置时要求采取附加措施。因为一方面在这样的机器中结构空间很有限，另一方面，印版曝光器或者印刷装置的结构或配置很少能够为了实施制图像装置而稍作改动，所以要减小其要求的结构空间。此外，印刷机或者印版曝光器上的成像光具承受震动或颤动，这样，成像光具应具有尽可能少的必须彼此相对校准的构件，所以在现有技术中已知的光学装置不能够简单地使用于印版曝光器上或者用于印刷机的印刷装置中。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于光源阵列的成像光具，使得可以简单地降低发射光的发散并以小的像差成像。此外，应该实现一种用于印版制图像装置中的成像光具，其具有尽可能小的结构空间要求和尽可能少的构件，因而具有尽可能少的校准自由度。
该任务通过具有权利要求1所述特征的制图像装置解决。在从属权利要求中描述了本发明制图像装置的有利实施形式和进一步扩展。
本发明印版制图像装置具有一个光源阵列和一个安置在其后的微光具，该微光具产生光源的虚像，其特点为，在该微光具后面安置一个光学装置，该光学装置至少包括具有共同的曲率中心点的一个凸面镜区段和一个凹面镜区段，其中，最好折光力强度的代数总和是0，换句话说，安置一个微光具或者Offner型的组合，它产生中间虚像的实像。在下面简单地谈到由一个凸面镜和一个凹面镜组成的光学装置，虽然至少一个镜面也可以只具有一个在最大为4π的确定部分空间角区域内的区段，该区段既可以定义一个单一连贯(einfach zusammenhaengende)的面，也可以定义一个非单一连贯的面。在此，在实现一个确定的实施形式时，为了能够将Offner型光学装置的所希望的特性以足够的精确度应用于本发明制图像装置中，凹面镜和凸面镜的曲率中心点不必完全精确地相互重叠。
在本发明制图像装置中，通过使用少量的光反射面，阵列的每个光源通过一个中间虚像适应显微镜要求、特别是发散性。通过充分利用Offner型光学装置、也就是说具有共同曲率中心点的至少一个凸面镜区段和一个凹面镜区段的组合的已知特性，允许对沿一条基本上呈圆形延伸的线上的点有利地成像。在此，本发明制图像装置中的作为宏光具安置在微光具后面的该光学装置这样实施，使得基本上安置在一列上的光源的中间虚像点相对于该圆形线有小的间距。换句话说：本发明制图像装置能够以少量的光学元件使多个光源、特别是二极管激光器的发射校正稳定。通过组合柱面透镜，在借助于每个光源的中间虚像放大的同时微光学对称并且借助于安置在后面的由一个凸面镜和一个凹面镜组成的光学装置将这些中间虚像尽可能无像差地成像为一个实像，建立一种具有特别有利的成像特性的印版制图像装置。
为了与光源发射光的发散适应，该微光具最好呈非球面构成。例如可以涉及柱面透镜或者变形棱镜的组合。安置在后面的由一个凸面镜和一个凹面镜组成的宏光学装置至少具有一个旋转对称光具的一个圆弧段，相对于与它们对应配置的物的圆形线，基本上直线延伸的中间虚像点列的投影具有小的距离，其中，物的圆形线位于由一个凸面镜和一个凹面镜组成的该光学装置的两个共轭区域中的一个内。因此，可以借助于该Offner型光学装置将基本上直线延伸的中间虚像点列以单一放大率成实像在第二个共轭区域内。在此特别有利的是，由一个凸面镜和一个凹面镜组成的该光学装置没有像差。
为了减小本发明制图像装置的结构空间要求，有利的是，在由一个凸面镜和一个凹面镜组成的该光学装置内进行至少一次光路折转。因此，有利的是，在安置在微光具后面的该光学装置中，在由一个凸面镜和一个凹面镜组成的该光学装置的反射面前面和/或后面，安置至少一个光偏转面。由此，通过本发明制图像装置中的成像光具，光路变得紧凑，这样就可以减小结构空间，以便实现装在印版曝光器内或印刷装置内。此外有利的是，由一个凸面镜和一个凹面镜组成的该光学装置的至少一部分作为一个单个构件构成，也就是用具有与例如用玻璃或其它透明材料制成的周围物体不同的折射率的合适材料制成的整块。然后，该单个构件或整块可以部分地具有向内反射的面，这些面实现了由一个凸面镜和一个凹面镜组成的该光学装置的例如凹的及凸的反射面。这些内表面也被称为该整块的激活的内部面。在该整块上为由至少一个光源发射的光设置了至少一个入射窗和一个出射窗，它们最好设置一个干涉滤光器形式的抗反射涂层。在一个有利的扩展构造中，可以为该整体结构对应配置其它的光学元件，如棱镜或用于射线偏转的光偏转面。
本发明制图像装置可以特别有利地使用在印版曝光器中或者印刷装置中。本发明印刷机包括一个给纸器、至少一个印刷装置和一个收纸装置，其特点是，该印刷机具有至少一个装有本发明制图像装置的印刷装置。
附图说明
借助于附图以及对它们的说明对本发明的其它优点和有利实施形式及进一步扩展进行描述。图中示出：
图1本发明印版制图像装置的一个实施形式中的光学元件配置示意图，
图2本发明印版制图像装置的带有附加的光束断面轮廓过滤器的另一实施形式中的光学元件配置示意图，
图3  用于解释由凸面镜和凹面组成的镜光学装置的焦线相对于光源阵列虚像点列的位置的示意图，
图4由一个凸面镜和一个凹面镜组成的整体结构光学装置的示意图，
图5在充分利用两次光束折转的情况下，由一个凸面镜和一个凹面镜组成的另一种整体构成光学装置的示意图，
图6由一个凸面镜和一个凹面镜组成的带有棱镜形式附加光束偏转元件的另一种对称整体构成光学装置的示意图，
图7由一个凸面镜和一个凹面镜组成的带有凸形球面镜和用于输入耦合待成像光的棱镜的另一种整体构成光学装置的示意图。
具体实施方式
图1示出本发明印版制图像装置的一种实施形式中的光学元件配置示意图。本发明制图像装置具有一个光源12，其带有一个对应配置的微光具14和一个安置在后面的光学装置10。由光源12发射出的发散的光16通过该微光具14成像在一个虚像18上。通过安置在后面的光学装置10，从中间虚像18出发的光束20经过不同的光学元件转变成一个实的像点28。在本实施形式中，光学装置10首先具有一个偏转元件22和一对沿光轴23并且相对于光轴23旋转对称安置的镜面，即具有沿光轴23的共同的曲率中心点25的凹面镜24和凸面镜26。由凹面镜24和凸面镜26形成的这一对镜面将物区内的点成像到像区内的点上。这两个区域是相互共轭的。由于该附加的偏转元件22，通过光学装置10的光路的对称性被打破，这样，与作为共轭点的像点28对应的是中间虚像18，而不是在没有偏转元件情况下的印版平面29中的共轭点27。但是，中间虚像18与凹面镜24之间的光程长度等于凹面镜24与印版平面29中的像点28之间光学长度。
为了更好地理解本发明制图像装置，在附图1中用图示出一个光源12的成像过程，该光源12带有一个微光具14和一个安置在后面的光学装置10，也就是一个宏光具，而借助于本发明的一个相应的优选实施形式，多个典型地成排安置的光源12通过一个优选针对每个光源12个别地压制出的微光具14和一个作用在这多个中间图像18上的宏光具成像，该宏光具相当于由一个凸面镜和一个凹面镜组成的光学装置10。
图2示出本发明印版制图像装置的具有附加的光束断面轮廓过滤器的另一个可选择实施形式中的光学元件配置示意图。在此，本发明制图像装置包括一个光源12、一个微光具14、一个盒33的一个入射窗32和一个带有安置在后面的印版29的出射窗34，光学装置10位于该盒33内。在此，光学装置10包括一个偏转元件22、一个凹面镜24、一个波前校正元件或光束整形元件30，即一个所谓的光束断面轮廓过滤器，其最好用于传输光源12的基模，例如具有高斯射线轮廓，并包括一个凹面镜26。因此，该光学装置10同样由具有共轭区域的一个凸面镜和一个凹面镜组成，其中，由光源12的发散光16借助于微光具14产生的中间虚像18在第一个共轭区域中，印版平面29内的像点28在第二个共轭区域中。通过采用偏转元件22使光路折转，如在图2中所示在凸面镜26前面经过、与凸面镜26和凹面镜24之间的光路交叉，或者与此不同地在该凸面镜后面经过。通过这样折转，可以达到更紧凑的结构。
图3用示意图解释焦线、也就是说在由一个凸面镜和一个凹面镜组成的光学装置的第一共轭区域内选择出的一些点，相对于光源阵列虚像点列的位置。在图3中示出沿光学装置10的凹面镜24和凸面镜26的光轴23的投影。基本上呈圆形的焦线36代表了在这里举例的对称光路情况下共轭区域在凹面镜24上的投影。换句话说，由一个凸面镜和一个凹面镜组成的该光学装置的物点和像点基本上反相地位于一条圆形的焦线36上，就是说围着光轴23成180度相反对置。焦线36基本上描述了具有极有利的变换特性的、也就是说具有最小像差的那些点。此时目的在于，使虚像点38的列尽可能接近焦线36。在此，与本发明关系不重要的是，选择什么样的精确节律或者什么计量单位来测量线38到圆弧段36的间距。例如，可以将在投影38中的光源相对于光轴23的平均间距、就是说是间距总和除以光源数量，用作一个计量单位。为了通过光学装置10达到有利的像差最小的成像，虚像点38的列的投影与焦线36半径的间距要保持较小或者相匹配。
此外清楚的是，由一个凸面镜和一个凹面镜组成的光学装置10应这样设计，使得焦线36的投影具有一个尽可能大的曲率半径。换句话说，局部来看，也就是说在光源38的投影中光源的彼此相距最远的像点的间距标度上看，与光源38的列的投影相比较，焦线36应尽可能平地延伸。因此，所使用的光学装置10只需要具有由一个凸面镜和一个凹面镜组成的一个旋转对称光具的至少一个圆弧段。
图4示出本发明制图像装置中的该光学装置的一个整体结构实施形式示意图。通过整体结构应该达到由一个凸面镜和一个凹面镜组成的该光学装置的进一步减小。同时为了解释这种整体结构，在图4中举例示出一个对称光路。光学装置10相对于轴线41对称。从光源的中间虚像18出发，该光源包括微光具在内在此没有示出，光束20穿过一个入射窗32进入一个整块40中，整块40例如用一种强折射的玻璃或者一种所使用的波长可透过的聚合物制成。该整块具有一个凹面42，它反射光束20，这样，光束20射到与凹面42相对的基本平坦的一个镜面46上。光束从镜面46被投射到一个凸面44上，从那里出发，对称地在对称轴线41的另一侧，光束又射到镜面46上并接着射到凹面42上，直到光束通过一个出射窗34离开该整块并且会聚在一个像点28上，其符合目的地位于这里没有示出的印版平面内。如在图4中示出的那样，这种整体结构充分利用了这一点：在由一个凸面镜和一个凹面镜组成的一个光学装置中，主要利用凹面镜的那些远离光轴或对称轴线41的区域来将第一共轭区域反射到凸面镜上并从凸面镜反射到第二共轭区域内。由此可以引入一个镜面反射的面46，使得在光轴或者对称轴线41附近的凹面42可以被一个凸面44代替。当然，位置和曲率通过由一个凸面镜和一个凹面镜组成的光学装置的条件确定。凸面44相当于位置48上的一个凸面镜，光束20沿着没有反射镜面46的光路50射到该凸面镜上。通过合适的涂层、应该通过一个金属层或通过干涉滤光器，整块40的应反射光束20的侧面被做得尽可能反射性强。为入射窗32和/或出射窗34设置了一个抗反射涂层，例如通过一个干涉滤光器，这样，光可以尽可能强地输入耦合到该整块中或者从其中输出耦合。
图5示出另一个由一个凸面镜和一个凹面镜组成的整体构成光学装置的示意图，其充分利用了两次光束折转。一个光源12借助于一个微光具14被转变成一个中间虚像18。从该中间虚像18出发的光束20射入整块40中，并且在一个第一偏转面51上和一个第二偏转面52上被投射到一个凹面42上。然后，光束20射到一个镜面46上，射到一个凸面44上，重新射到镜面46上并射到凹面42上，以便然后通过一个出射窗34离开整块40并会聚到一个像点28上。
图6示意性示出一个凸面镜和一个凹面镜的另一种对称实施的光学成像过程，其中额外使用了棱镜形式的偏转元件。从光源12的中间虚线18出发，该光源在此没有示出，光束20进入一个棱柱形的偏转元件54中，在其基底上反射，到达整块40中。设置了一个对称的光路，光束20首先射到一个凹面42上，一个镜面46上，一个凸面上，重新射到镜面46上并射到凹面42上。接着，同样设置了一个棱柱形的偏转元件54，光束20在其基底上全反射。这些光会聚在一个像点28上。
图7示出了由一个凸面镜和一个凹面镜组成的另一个整体构成光学装置的示意图，具有一个附加的凸球面和一个棱镜，其用于输入耦合待成像的光。从一个包括微光具在内、在此没有示出的光源的一个中间虚像18出发，光20进入一个棱镜58中并从那里进入一个凸球面56中。在该凸球面的表面中设置了一个区域，光束20可以通过该区域尽可能无反射地进入整块40内。光束20在该整块的各种不同内表面上被反射，这些内表面包括棱面60、一个凹面42、一个镜面46和一个凸面44。示出了光束20直到像点28的光路。这些光可以通过一个出射窗34离开整块40。典型的是，凸面44被制成镜面，这样，光在整块40内被反射。
                   参考标号10光学装置                          12光源14微光具                            16发散的光18中间虚像                          20光束22偏转元件                          23光轴24凹面镜                            25曲率中心点26凸面镜                            27无偏转元件的共轭点28像点                              29印版平面30射束整形元件                      32入射窗33盒子                              34入射窗36焦线投影                          38光源投影40整块                              41对称轴线42凹面                              44凸面46镜面                                                 48凸面镜的位置50无反射镜面的光束                                     51第一偏转面52第二偏转面                                           54棱柱形偏转元件56凸球面                                               58棱镜60棱面

Claims (13)

1.用于印版(29)的制图像装置，具有一个光源(12)组成的阵列和一个安置在后面的微光具(14)，该微光具产生光源(12)的中间虚像(18)，其特征为，在该微光具后面安置一个光学装置(10)，该光学装置至少包括具有一个共同的曲率中心点的一个凸面镜(26)区段和一个凹面镜(24)区段，它产生一个实像(28)。
2.按照权利要求1所述的用于印版(29)的制图像装置，其特征为，该中间虚像(18)是光源(12)的一个放大的图像。
3.按照权利要求1或者2所述的用于印版(29)的制图像装置，其特征为，为了适应光源的发射光(16)的发散，该微光具(14)是非球面的。
4.按照前述权利要求之一所述的用于印版(29)的制图像装置，其特征为，由一个凸面镜(26)和一个凹面镜(24)组成的该光学装置(10)至少具有一个旋转对称光具的一个圆弧段，中间虚像点(38)形成的列的基本上直线延伸的投影相对于与该圆弧段对应的物的圆形线(36)具有选择得小的间距。
5.按照前述权利要求之一所述的用于印版(29)的制图像装置，其特征为，在由一个凸面镜(26)和一个凹面镜(24)组成的该光学装置(10)的反射面前面和/或后面安置至少一个光偏转元件(22)和/或在由一个凸面镜和一个凹面镜组成的该光学装置(10)的反射面之间安置一个射束整形元件(30)。
6.按照前述权利要求之一所述的用于印版(29)的制图像装置，其特征为，该光学装置(10)至少部分地整体构成。
7.按照权利要求6所述的用于印版(29)的制图像装置，其特征为，该整块(40)的激活的内部面被制成镜面。
8.按照权利要求6或7所述的用于印版(29)的制图像装置，其特征为，至少一个入射窗(32)和一个出射窗(34)设置了抗反射涂层。
9.按照权利要求6至8之一所述的用于印版(29)的制图像装置，其特征为，为该整体结构(40)配置了另外的光学元件(54，56，58)，它们用于光束偏转和/或光束整形和/或波前校正。
10.按照权利要求6至9之一所述的用于印版(29)的制图像装置，其特征为，整块(40)具有一块与其周围相比较具有高折射率的玻璃。
11.印版曝光器，其特征为，该印版曝光器包括至少一个按照前述权利要求之一所述的制图像装置。
12.印刷装置，其特征为，该印刷装置包括至少一个按照前述权利要求之一所述的制图像装置。
13.印刷机，具有一个给纸器，至少一个印刷装置和一个收纸装置，其特征为，该印刷机具有至少一个按照权利要求12所述的印刷装置。
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