DE10058990C2 - Device for irradiating an object for recording a visual product - Google Patents
Device for irradiating an object for recording a visual productInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestrahlung eines Objektes mittels einer Lichtquelle für eine Aufzeichnung eines visuellen Produktes oder einer Videoin formation auf einer Druckform, die wenigstens eine auf dem Prinzip der Domänen inversion basierende Optik umfaßt.The invention relates to a device for irradiating an object by means of a Light source for a recording of a visual product or a video formation on a printing form, the at least one on the principle of domains includes inversion-based optics.
Gerade für die Aufzeichnung einer zu druckenden Information auf dem Druckform zylinder einer Tiefdruckmaschine ist bereits häufiger vorgeschlagen worden, die Gravur des Druckformzylinders mit einem Laser vorzunehmen, anstelle bspw. des gängigen Gravierens unter Verwendung von Diamantsticheln, so z. B. in der WO 00/13839 oder in der darin zitierten DE-A-19 27 323.Especially for the recording of information to be printed on the printing form cylinder of a rotogravure printing press has been proposed many times Engraving the printing form cylinder with a laser instead of, for example common engraving using diamond styluses, such. B. in the WO 00/13839 or in DE-A-19 27 323 cited therein.
Bei der Gravur mit Diamantsticheln werden rautenförmige Näpfchen in die Ober fläche eines Druckformzylinders eingebracht, die in der Regel aus Kupfer bzw. ei ner Kupferlegierung besteht. Bei den dabei entstehenden Näpfchen sind die Pa rameter Tiefe und Durchmesser miteinander gekoppelt, wobei beide Parameter durch die Fläche und das Volumen der im Näpfchen aufgenommenen Farbmenge die Ausdehnung des dadurch später gedruckten Rasterpunktes beeinflussen.When engraving with diamond styluses, diamond-shaped cells are placed in the upper introduced area of a printing form cylinder, which is usually made of copper or egg there is a copper alloy. The Pa rameter depth and diameter coupled, both parameters by the area and the volume of the amount of color absorbed in the cell affect the extent of the halftone dot that is subsequently printed.
Ein besonderer Vorteil der Lasergravur könnte daher darin bestehen, daß die Pa rameter Durchmesser und Tiefe des Näpfchens unabhängig voneinander variiert werden können. Dadurch wäre dann auch die Forderung nach einer Grauwertauf lösung von mindestens 256 Stufen zu erfüllen.A particular advantage of laser engraving could therefore be that the Pa The diameter and depth of the well varied independently can be. This would then also call for a gray value solution of at least 256 levels.
Die Modulation der Tiefe des Näpfchens kann mit einem Laser durch das Steuern der Laserenergie realisiert werden. Die Variation des Punktdurchmessers des Lichtstrahles mit der notwendigen Schnelligkeit, bspw. innerhalb von etwa 1 µs, bereitet bei der Verwendung herkömmlicher Linseneinrichtungen in der Praxis je doch erhebliche Schwierigkeiten, da bei der Fokuseinstellung relativ große Massen einer Glaslinse und evtl. einer Linsenhalterung etc. sehr schnell verstellt werden müssen. Lösungsansätze, bei denen piezoelektrische Antriebe verwendet werden oder ein Näpfchen durch eine jeweilige Kombination mehrerer Laserstrahlen aus gehoben wird, haben nicht die zu fordernde Qualität erreicht.The modulation of the depth of the well can be controlled by a laser of laser energy can be realized. The variation of the point diameter of the Light beam with the necessary speed, for example within about 1 µs, prepares depending on the use of conventional lens devices in practice considerable difficulties, since the focus is relatively large a glass lens and possibly a lens holder etc. can be adjusted very quickly have to. Approaches in which piezoelectric drives are used or a cell from a combination of several laser beams has not achieved the required quality.
Aus der US-A-55 35 042 ist bereits eine elektrooptisch steuerbare Optik bekannt, die für eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung vorgesehen ist.An electro-optically controllable optic is already known from US-A-55 35 042, which is provided for a device of the type mentioned.
In der US-A-58 94 363 ist ausdrücklich ein elektrooptisches Element offenbart, das auf dem Prinzip der Domäneninversion basiert.US-A-58 94 363 expressly discloses an electro-optical element which is based on the principle of domain inversion.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann, ausgehend vom Stand der Technik, darin gesehen werden, bei der Bestrahlung eines Objektes gemäß der Vorrichtung der eingangs genannten Gattung, eine Flächen- und/oder Durchmesserverände rung oder -modulation des Lichtstrahles und/oder des bestrahlten Bereiches des Objektes zu verbessern.Starting from the prior art, the object of the present invention can be seen in the irradiation of an object according to the device of the type mentioned at the beginning, a change in area and / or diameter tion or modulation of the light beam and / or the irradiated area of the To improve the property.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved according to the invention by the features of claim 1.
Mit dem Prinzip der Domäneninversion können elektrisch steuerbare Linsen, z. B. als eine Mikrooptik, bereitgestellt werden, mit denen der Fokuspunkt ohne Mecha nik, nur durch Anlegen einer Steuerspannung von bspw. bis zu etwa 30 V, von un endlich bis auf wenige Millimeter geschaltet werden kann.With the principle of domain inversion, electrically controllable lenses, e.g. B. as a micro-optics, with which the focus point can be provided without mecha nik, only by applying a control voltage of up to about 30 V, for example can finally be switched to a few millimeters.
Eine solche Linse besteht z. B. aus einem oder mehreren gekrümmten domänen invertierten Bereichen und Steuerelektroden an Kristallflächen, die die Linse akti vieren. Durch Anlegen einer Steuerspannung wird dann die im Kristall generierte Struktur für den Lichtstrahl optisch wirksam, sozusagen sichtbar, gemacht, und er wird entsprechend der Struktur beeinflußt, insbesondere fokussiert, abgelenkt oder moduliert. Somit kann jede sich im Kristall ausbreitende optische Welle unter schiedlich beeinflußt werden. Wie stark die optischen Strahlen oder Wellen beein flußt werden, hängt allein von der Stärke des elektrischen Feldes ab. Such a lens is made e.g. B. from one or more curved domains inverted areas and control electrodes on crystal surfaces that acti the lens four. By applying a control voltage, the one generated in the crystal Structure for the light beam optically effective, so to speak, made, and he is influenced according to the structure, in particular focused, distracted or modulated. Thus, any optical wave propagating in the crystal can under be influenced differently. How much the optical rays or waves affect flow depends only on the strength of the electric field.
Bei der Herstellung eines als erfindungsgemäße Linse geeigneten Kristall-Chips kann bspw. derart vorgegangen werden, daß Metallelektroden auf der Kristallober fläche photolithographisch vor der Domäneninversion strukturiert werden. Dazu wird z. B. auf einer Seite des Kristalls die gewünschte Struktur in Form einer Me tallmaske aufgetragen, während die andere Seite des Kristalls mit einer flächigen Metallelektrode beschichtet wird. Danach erfolgt die Invertierung in einem elektri schen Feld. Beispielsweise können durch den Einsatz kurzer Hochspannungspul se LiNbO3-Plättchen in ihrer ganzen Tiefe strukturiert werden. Dabei können z. B. bis zu 1 mm dicke Wafer mit homogen invertierten Bereichen und steilen Wänden in der Kristalltiefe erzeugt werden.In the production of a crystal chip suitable as a lens according to the invention, for example, one can proceed in such a way that metal electrodes on the crystal surface are structured photolithographically before the domain inversion. For this, z. B. applied to one side of the crystal, the desired structure in the form of a tall mask, while the other side of the crystal is coated with a flat metal electrode. Then the inversion takes place in an electrical field. For example, the use of short high-voltage pulses can structure the entire depth of LiNbO 3 platelets. Here, for. B. up to 1 mm thick wafers with homogeneously inverted areas and steep walls in the crystal depth.
Mit den im vorhergehenden beschriebenen Linsen ist man in der Lage, Fokus durchmesser im Nanosekundenbereich zu verändern. Insbesondere im Bereich der Druckvorstufe bei der Erstellung einer Druckform für eine Druckmaschine kann eine erfindungsgemäße Linse bspw. in einem Film- oder Plattenbelichter, inclusive CtP-Technik (Computer to Plate), oder bei der Lasergravur für den Tief- oder Fle xodruck eingesetzt werden.With the lenses described above one is able to focus change diameter in the nanosecond range. Especially in the area the prepress stage when creating a printing form for a printing press a lens according to the invention, for example in a film or platesetter, inclusive CtP technology (Computer to Plate), or laser engraving for deep or fle xo printing can be used.
Dabei können grobe Bildstrukturen bspw. mittels eines großen Arbeitsfleckes von z. B. 40 µm und hoher Lichtleistung bearbeitet werden, wobei mit zunehmender Auflösung der Spotdurchmesser auf z. B. 10 µm abnehmen kann und entspre chend auch die Leistungsdichte abnehmen kann.Coarse picture structures can be created, for example, by means of a large working spot of z. B. 40 microns and high light output, with increasing Resolution of the spot diameter on z. B. can decrease 10 microns and correspond accordingly the power density may decrease.
Mit einer solchen Optik kann allgemein eine Flächenmodulation durch geführt wer den, aber auch spezieller eine Fokuseinstellung. Daher kann erfindungsgemäß der Lichtstrahl nur für zu bearbeitende Bereiche des Objektes fokussiert werden, wäh rend er außerhalb dieser Bereiche so aufgeweitet werden kann, daß keine bear beitungswirksame Bestrahlung des Objektes erfolgt. Dabei ist vorgesehen, daß die Optik nicht nur für eine Flächenmodulation verwendet wird, sondern für eine Inten sitätsmodulation, so daß sie auch einen anderweitigen Modulator, z. B. einen aku stooptischen Modulator, ersetzen kann. With such an optic, a general surface modulation can be carried out by anyone that, but more specifically a focus setting. Therefore, according to the invention Light beam can only be focused on areas of the object to be processed, weh It can be expanded outside of these areas in such a way that no effective radiation of the object takes place. It is envisaged that the Optics are used not only for surface modulation, but for an interior sitätsmodulation, so that they also have another modulator, for. B. an acu Stooptic modulator, can replace.
Dabei wird die Optik erfindungsgemäß bevorzugt zur Fokuseinstellung des Licht strahles, zum Beispiel eines Lasers oder einer linear polarisierten Lichtquelle, ein gesetzt.The optics are preferred according to the invention for adjusting the focus of the light beam, for example a laser or a linearly polarized light source set.
Die erfindungsgemäßen Lösungen eignen sich insbesondere auch für ein mehrka naliges System, in dem bspw. mehrere Diodenlaser örtlich in Reihe und zeitlich parallel zueinander arbeiten. Dazu können auch die domäneninvertierten Linsen und Modulatoren als mehrkanalige Systeme hergestellt werden.The solutions according to the invention are also particularly suitable for a Mehrka system in which, for example, several diode lasers locally in series and in time work in parallel. You can also use the domain-inverted lenses and modulators are manufactured as multi-channel systems.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeich nung dargestellt.An embodiment of a device according to the invention is in the drawing shown.
Die einzige Figur zeigt ein Konzept einer Einrichtung zur Lasergravur eines für den Tiefdruck vorgesehenen Druckformzylinders 1.The single figure shows a concept of a device for laser engraving of a printing form cylinder 1 intended for gravure printing.
Die Gravur erfolgt mit einem auf die Oberfläche des Druckformzylinders 1 fokus sierten Laserstrahl 2 eines Lasers 3 der mittels einer Speisestromquelle 4 über ein Schutzrelais 5 und ein Netzteil 6 mit Strom versorgt wird.The engraving is performed with a laser beam 2 focused on the surface of the printing form cylinder 1 of a laser 3 which is supplied with current by means of a supply current source 4 via a protective relay 5 and a power supply unit 6 .
In dem Strahlengang zwischen dem Laser 3 und dem Druckformzylinder 1 befindet sich ein Optik-Kopf 7. Dieser Optik-Kopf 7 enthält insbesondere eine Linseneinrichtung bzw. Linse 8 zur Fokussierung, oder allgemeiner, zur Flächenmodulation oder Durchmesserveränderung des Laserstrahls 2. Es wird zudem die Möglichkeit genutzt, die Lichtleistung des Lasers 3 über den Laser strom, also das Netzteil 6, direkt zu modulieren.An optical head 7 is located in the beam path between the laser 3 and the printing form cylinder 1 . This optical head 7 contains in particular a lens device or lens 8 for focusing, or more generally for modulating the surface or changing the diameter of the laser beam 2 . The possibility is also used to directly modulate the light output of the laser 3 via the laser current, that is to say the power supply unit 6 .
In der Figur ist auch eine Hauptsteuerung 15 angedeutet, die über ein Netzteil 16 mit der Stromquelle 4 verbunden ist. Die Hauptsteuerung steuert einen Linsen- Treiber 17 zur Versorgung und Steuerung der Linse 8.In the figure, a main controller 15 is also indicated, which is connected to the power source 4 via a power supply unit 16 . The main controller controls a lens driver 17 for supplying and controlling the lens 8 .
Bei der Linse 8 handelt es sich um einen Kristall auf der Basis des Prinzips der Domäneninvertierung wie er weiter oben in seiner Funktion und Herstellung bereits beschrieben worden ist. Die Linse 8 kann alternativ auch aus zwei Linsen für die Linienfokussierung jeweils auf zwei zueinander orthogonalen Achsen bestehen, aus deren gemeinsamer Fokussierung sich dann eine punktförmige Fokussierung im Schnitt ergibt. Derartige Linsen könnten einfacher und kostengünstiger aus dem geeigneten Material gefertigt werden, prinzipiell ähnlich wie z. B. zylinderförmige Linsen.The lens 8 is a crystal based on the principle of domain inversion, as has already been described above in its function and manufacture. As an alternative, the lens 8 can also consist of two lenses for line focusing, each on two mutually orthogonal axes, the joint focusing of which then results in a point-like focusing in section. Such lenses could be made more easily and inexpensively from the suitable material, in principle similar to e.g. B. cylindrical lenses.
Wie mit einem Schaubild auf dem Linsen-Treiber 17 in der Figur gezeigt ist, wird mittels einer Steuerspannung U in Volt [V] der Durchmesser D in [µm] des aktiven Laserstrahls 2 bzw. des bestrahlten Bereiches, Punktes oder Spots des Zylinders 1 als Funktion von U gesteuert und bestimmt, also die Fokuseinstellung der Linse 8 sehr schnell geändert, während mit dem Netzteil 6 die Lichtleistung des Strahls vorbestimmt wird, so daß beispielsweise für den Tiefdruck der Durchmesser und die Tiefe eines Näpfchens unabhängig voneinander einstellbar sind. Dabei kann der Linsen-Treiber 17 entsprechend eines Videosignals mit beispielsweise 256 Grauwertstufen über einen angedeuteten Eingang 18 angesteuert werden. Au ßerdem sind in der Figur für die Hauptsteuerung 15 Eingänge 19 und 20 für Si cherheits- und Korrektursignale angedeutet.As shown in the figure with a diagram on the lens driver 17 , the diameter D in [μm] of the active laser beam 2 or the irradiated area, point or spots of the cylinder 1 is shown as a by means of a control voltage U in volts [V] Function controlled and determined by U, that is, the focus setting of the lens 8 changed very quickly, while the power output 6 predetermines the light output of the beam, so that, for example, the diameter and the depth of a well can be set independently of one another for gravure printing. In this case, the lens driver 17 can be controlled according to a video signal with, for example, 256 gray value levels via an indicated input 18 . In addition, 15 inputs 19 and 20 for safety and correction signals are indicated in the figure for the main control.
Außerdem ist in der Figur die Möglichkeit angedeutet, bei Anwendungen, bei de nen Lichtleistung und Punktdurchmesser nicht verändert werden müssen, mit der domäneninvertierten Linse 8 Spotdurchmessereinstellungen und Modulationen durchzuführen, indem der Laserpunkt so weit aufgeweitet wird, daß die verblei bende Energiedichte so klein wird, daß keine Vorbelichtung des Materialbereichs des Zylinders 1 erfolgen kann, wie es mit gestrichelten Linien 23 angedeutet ist. Nur an den Stellen, wo das Material bearbeitet werden soll, wird der Laserstrahl 2 fokussiert.The figure also indicates the possibility, in applications in which light output and spot diameter do not have to be changed, to carry out spot diameter settings and modulations with the domain-inverted lens 8 by expanding the laser spot to such an extent that the remaining energy density becomes so small, that no pre-exposure of the material area of the cylinder 1 can take place, as indicated by broken lines 23 . The laser beam 2 is focused only at the points where the material is to be processed.
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