DE102005015192A1 - Illumination device for e.g. violet offset-printing plates, has laser diodes whose radiated light is limited to narrow frequency interval and strongly bundled by resonator, where diode`s fluxes are superimposed in light coupling device - Google Patents

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Abstract

The device has a light modulator (4), and a light source (2) with a set of laser diodes (7), where each diode emits light in a range of 350 nanometers to 450 nanometers. The light radiated from each diode is limited to a desired narrow frequency interval and is strongly bundled by an integrated resonator. Radiant flux of each diode is superimposed in a light coupling device (3) that includes glass fibers (8). Each glass fiber has a diameter of about 125 micrometers and is assigned to respective laser diode.

Description

Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Belichtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle, einem Lichtmodulator sowie einer Lichteinkoppelungseinheit.The The present patent application relates to an exposure apparatus with a light source, a light modulator and a Lichteinkoppelungseinheit.

Eine gattungsgemäße Belichtungsvorrichtung ist zum Beispiel in der DE 698 22 004 / EP 1 141 780 beschrieben. Diese bekannte Belichtungsvorrichtung umfasst eine Lampe mit Kondensoranordnung, einen Lichtmodulator aus einer reflektieren Mikrospiegelanordnung sowie eine geeignete Optik, um das von der Lampe emittierte Licht über den Lichtmodulator auf das zu belichtende Medium zu leiten. Als Lampe wird eine Bogenlampe oder Glühlampe verwendet, welche einen ovalen Leuchtfleck haben. Von dem ovalen Leuchtfleck geht divergente Strahlung aus, welche durch eine Kondensoroptik weiterverarbeitet wird.A generic exposure device is for example in the DE 698 22 004 / EP 1 141 780 described. This known exposure device comprises a lamp with a condenser arrangement, a light modulator comprising a reflected micromirror arrangement and suitable optics for directing the light emitted by the lamp via the light modulator onto the medium to be exposed. The lamp used is an arc lamp or incandescent lamp which has an oval spot. From the oval spot emits divergent radiation, which is further processed by a condenser optics.

Nachteilig an der vorbekannten Belichtungsvorrichtung ist, dass die als Lichtquelle gewählte Gasentladungslampe oder Glühlampe Licht über ein breites Frequenzspektrum emittiert. Demgegenüber ist z.B. bei UV-Belichtungsvorrichtungen nur ein kleiner Frequenzbereich im ultravioletten bis violetten Bereich, also etwa von 350 nm bis 450 nm, für die eigentliche Belichtung nutzbar. Aus diesem Grunde ist ein Großteil der von der Lampe emittierten Strahlung für das Belichtungssystem als Verlustleistung anzusehen. Hieraus ergibt sich in Folge eine ganze Reihe von Problemen, wie z.B. das Erfordernis einer Kühlung zum Abtransport der Wärmeleistung sowie eine im Verhältnis zur Nutzleistung unnötig hohe Leistungsaufnahme und damit verbunden hohe Betriebskosten.adversely on the previously known exposure device is that as the light source selected gas discharge lamp or light bulb Light over emitted a wide frequency spectrum. On the other hand, e.g. in UV exposure devices only a small frequency range in the ultraviolet to violet range, So from about 350 nm to 450 nm, for the actual exposure available. For this reason, much of the light emitted by the lamp is Radiation for to consider the exposure system as a power loss. From this results As a result, a whole series of problems, such as the requirement a cooling for the removal of heat output and one in proportion unnecessary to useful power high power consumption and associated high operating costs.

Ein weiterer Nachteil der vorbekannten Belichtungsvorrichtung ist zudem die erwähnte Divergenz der von der Lichtquelle emittierten Strahlung. Durch die Divergenz des emittierten Lichtes ergibt sich der Umstand, dass auch das Licht in dem prinzipiell nutzbaren Spektralbereich, also bei UV-Belichtung von 350 nm bis 450 nm, nur zum Teil für den eigentlichen Belichtungsvorgang nutzbar ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Lichtquelle aufgrund des verhältnismäßig großen ovalen Lichtflecks und der erwähnten Divergenz eine größere Étendue als die übrigen Komponenten der Belichtungsvorrichtung aufweist. Es kann daher nicht alles Licht der Lichtquelle in das System eingekoppelt werden. Insgesamt erhöht sich somit die Verlustleistung des Systems abermals. Außerdem ergeben sich häufig Probleme durch das nicht in das Belichtungssystem einkoppelbare Streulicht.One Another disadvantage of the previously known exposure device is also the mentioned Divergence of the radiation emitted by the light source. By the Divergence of the emitted light results in the circumstance that too the light in the principally usable spectral range, ie at UV exposure of 350 nm to 450 nm, only partially for the actual exposure process is usable. This is due to the fact that the light source due to the relatively large oval light spot and the mentioned Divergence a larger étendue than the rest Components of the exposure device has. It can not All light from the light source can be coupled into the system. All in all elevated Thus, the power loss of the system again. In addition, revealed often Problems due to not being able to be coupled into the exposure system Scattered light.

Auch aus der DE 195 45 821 A1 ist eine Vorrichtung zum Belichten von Druckplatten mit einem Belichtungskopf, einer Lichtquelle, einer Bilderzeugungseinheit sowie einer Abbildungsoptik bekannt. Bei dieser Belichtungsvorrichtung ist ebenfalls die Verwendung einer Metallhalogenidlampe vorgesehen. Diese weist die oben beschriebenen Nachteile auf.Also from the DE 195 45 821 A1 a device for exposing printing plates with an exposure head, a light source, an image forming unit and an imaging optics is known. In this exposure apparatus, the use of a metal halide lamp is also provided. This has the disadvantages described above.

Zur Umgehung der genannten Probleme könnte nach dem Stand der Technik auch daran gedacht werden, die Beleuchtungsvorrichtung mit einem einzelnen Laser, z.B. einem Gas- oder Festkörperlaser zu realisieren. Hierdurch ließe sich zwar auf der einen Seite die Emission auf ein schmales nutzbares Frequenzband beschränken und auf der anderen Seite eine sehr geringe Divergenz des abgestrahlten Lichts erreichen.to Bypassing of the mentioned problems could be state of the art also be thought of, the lighting device with a single laser, e.g. to realize a gas or solid state laser. hereby could on the one hand, the emission on a narrow usable Restrict frequency band and on the other hand a very small divergence of the radiated Reach the light.

Jedoch ist nachteilig an der Verwendung eines einzelnen Lasers, dass dieser in der Regel sehr kostenintensiv in der Anschaffung ist. Ferner ist das Problem bei der Verwendung eines einzelnen Lasers, dass die Kohärenzlänge des emittierten Lichts sehr lang ist, was zu unerwünschten Beugungserscheinungen in der Belichtungsvorrichtung, und insbesondere am Ort des zu belichtenden Mediums, führen kann. Die Beugung wiederum kann nachteilig zu unerwünschten Inhomogenitäten in der Ausleuchtung des Lichtmodulators führen, wohingegen eine gleichmäßig homogene Ausleuchtung des Lichtmodulators angestrebt wird. Beim Einsatz eines einzelnen Lasers für die Belichtungsvorrichtung muss daher bei der Auslegung zusätzlich sichergestellt werden, dass keine Interferenzen auftauchen. Dies wirkt sich in der Regel negativ auf die Kosten auf.however is detrimental to the use of a single laser that this usually very expensive to purchase. Further The problem with using a single laser is that the coherence length of the emitted light is very long, resulting in unwanted diffraction phenomena in the exposure apparatus, and in particular at the location of the exposure Medium, lead can. In turn, the flexion can be detrimental to unwanted inhomogeneities lead in the illumination of the light modulator, whereas a uniformly homogeneous Illumination of the light modulator is sought. When using a single laser for the exposure device must therefore additionally be ensured in the design be that no interference occurs. This affects in usually negatively affects the cost.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Belichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Bestrahlungsstärke in dem Spektralbereich, welcher für die Belichtung des zu belichtenden Materials benötigt wird, auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise optimiert wird.Of the The present invention is therefore based on the object, an exposure device specify the type mentioned, in which the irradiance in the Spectral range, which for the Exposure of the material to be exposed is required to be particularly simple and cost-effective Way is optimized.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer gattungsgemäßen Belichtungsvorrichtung die Lichtquelle eine Laserdiode umfasst. Laserdioden sind seit einiger Zeit mit einer Abstrahlcharakteristik über einen weiten Wellenlängenbereich kostengünstig verfügbar.These Task is inventively characterized solved, that in a generic exposure device the light source comprises a laser diode. Laser diodes have been around for some time Time with a radiation characteristic over a wide wavelength range economical available.

Insbesondere für die strukturierte Belichtung von UV- bzw. violettempfindlichem Material, also von im Bereich von 350 nm bis 450 nm empfindlichen Materials, sind auf dem Markt Laserdioden mit einer Abstrahlcharakteristik in eben dem Wellenlängenbereich von 350 nm bis 450 nm ohne weiteres verfügbar.Especially for the structured exposure of UV- or violet-sensitive material, that is, in the range of 350 nm to 450 nm sensitive material, On the market are laser diodes with a radiation characteristic in just the wavelength range from 350 nm to 450 nm readily available.

Die Laserdioden können gemäß der Erfindung single-modig oder multi-modig sein. Das Licht einer Laserdiode ist einerseits auf ein gewünschtes schmales Frequenzintervall in gewünschter Weise beschränkt, zum anderen ist durch den integrierten Resonator mit Vorteil sichergestellt, dass das abgestrahlte Licht stark gebündelt ist, also geringe Divergenz aufweist, schließlich ist dabei jedoch die Kohärenzlänge des von der Laserdiode gemäß der Erfindung abgestrahlten Lichtes erheblich geringer als dies bei Lasern, wie z.B. Gas- oder Festkörperlasern der Fall ist.The Laser diodes can according to the invention single-mod or multi-mod be. The light of a laser diode is on the one hand to a desired narrow Frequency interval in desired Way limited, on the other hand, it is advantageously ensured by the integrated resonator, that the emitted light is strongly bundled, so low divergence finally is the coherence length of the from the laser diode according to the invention radiated light significantly lower than that of lasers, such as e.g. Gas or solid state lasers of Case is.

Die geringe Kohärenzlänge der erfindungsgemäßen Laserdioden hat den großen Vorteil, dass innerhalb der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung keine Probleme mit unerwünschten Beugungseffekten auftreten, welche wiederum zu einer Inhomogenen Ausleuchtung des Lichtmodulators führen würden.The low coherence length of inventive laser diodes has the big one Advantage that within the exposure device according to the invention no problems with unwanted Diffraction effects occur, which in turn to an inhomogeneous Illumination of the light modulator would lead.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung emittiert die Laserdiode Licht im Bereich von ungefähr 350 nm bis ungefähr 450 nm. Hierdurch wird mit Vorteil die Belichtung von insbesondere konventionellen und violet Offset-Druckplatten ermöglicht. Gleichermaßen können mit Vorteil mit der Belichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung Siebe für Siebdruck, Flexo-Druckplatten, Proof-Materialien sowie Stahlplatten zur Stanzmusterherstellung strukturiert belichtet werden. Ferner sind mit Vorteil seit einiger Zeit Laserdioden in diesem Wellenlängenbereich verhältnismäßig günstig verfügbar.According to one advantageous embodiment of the exposure device according to the invention The laser diode emits light in the range of about 350 nm approximately 450 nm. This is the advantage of the exposure of particular conventional and violet offset printing plates allows. Similarly, with Advantage with the exposure device according to the invention Sieves for screen printing, Flexographic printing plates, Proof materials as well as steel plates for stamping be exposed in a structured manner. Furthermore, they are with advantage for some Time laser diodes in this wavelength range relatively cheap available.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung umfasst die Lichtquelle ein Modul aus mehreren, vorzugsweise zwanzig, Laserdioden. Hierdurch kann mit Vorteil die für die Belichtung zur Verfügung stehende Beleuchtungsstärke im relevanten Wellenlängenbereich weiter erhöht werden, in dem das Licht des mehrere Laserdioden umfassenden Moduls addiert wird. Dies ist prinzipiell möglich, da die Étendue jeder einzelnen Laserdiode erheblich geringer ist, als die Étendue des Belichtungssystems, welche durch das Display und die Projektionsoptik gegeben ist. Daher kann durch geeignete Addition der einzelnen Laserdioden des Moduls gemäß der Erfindung das Gesamtlicht des Moduls eine Étendue aufweisen, welche immer noch kleiner ist, als die Étendue des durch das Display und die Projektionsoptik gegebenen Belichtungssystems. Im Ergebnis lässt sich also mit Vorteil prinzipiell das Licht sämtlicher zu dem Modul gehörigen Laserdioden vollständig in die Belichtungsvorrichtung einkoppeln. Es bestehen dabei keine prinzipiellen durch das Étendue bedingten physikalischen Beschränkungen.In further advantageous embodiment of the exposure device according to the invention the light source comprises a module of several, preferably twenty, Laser diodes. As a result, the available for the exposure with advantage illuminance in the relevant wavelength range on elevated in which the light of the module comprising several laser diodes is added. This is possible in principle, since the Étendue every single laser diode is considerably smaller than the étendue of the Exposure system, which through the display and the projection optics given is. Therefore, by appropriate addition of the individual laser diodes of Module according to the invention the total light of the module has an étendue which still smaller than the étendue of the display and the projection optics given exposure system. In the result let yourself So with advantage in principle the light of all belonging to the module laser diodes Completely couple into the exposure device. There are none principled by the Étendue conditional physical restrictions.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines aus mehreren Laserdioden bestehenden Moduls ist ein höheres Maß an Verfügbarkeit der Anlage, da der Ausfall einer einzelnen Laserdiode bei geeigneter Auslegung des Systems eine Fortsetzung des Belichtungsvorgangs mit der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung ermöglicht.One Another advantage of using one of several laser diodes Module is a higher one Measure Availability the plant, as the failure of a single laser diode with a suitable design the system is a continuation of the exposure process with the exposure device according to the invention allows.

Die Verwendung von zwanzig Laserdioden ermöglicht es, auf am Markt verfügbare Komponenten zurückzugreifen, und hat sich bei der Auslegung der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung als besonders vorteilhaft erwiesen.The Use of twenty laser diodes makes it possible to access components available on the market resorting, and has to do with the design of the exposure device according to the invention proved to be particularly advantageous.

Wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung ein Strahlenfluss jeder Laserdiode in der Lichteinkoppelungseinheit geometrisch überlagert wird, kann das Licht mehrerer einzelner Laserdioden zur Ausleuchtung ein und derselben Lichtmodulatoreinheit verwendet werden. Die Bestrahlungsstärke des zu belichtenden Materials wird auf diese Weise weiter optimiert.If according to a Another advantageous embodiment of the exposure device according to the invention a beam flux of each laser diode in the light-coupling unit geometrically superimposed The light from several individual laser diodes can be used for illumination one and the same light modulator unit can be used. The irradiance of the to be exposed material is further optimized in this way.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichteinkopplungseinheit Einzelglasfasern umfasst. Die Lichteinkopplung des von der Laserdiode emittierten Lichts in Einzelglasfasern ist unproblematisch, da die Strahlung von der Laserdiode aus einer sehr kleinen Austrittsfacette emittiert wird. Zudem ist ein Transport des eingekoppelten Lichts zu dem Lichtmodulator und anderen Komponenten der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung nach der erfolgten Einkoppelung mit Vorteil problemlos möglich. Ferner erfolgt eine weitere Homogenisierung des eingekoppelten Lichts im Innern der Einzelglasfasern durch Mehrfachreflexion an den Grenzflächen der Fasern zwischen Faserein- und -ausgang.at an advantageous embodiment of the invention is provided the light coupling unit comprises individual glass fibers. The Light coupling of the light emitted by the laser diode light in individual glass fibers is unproblematic, since the radiation from the laser diode from a very small exit facet is emitted. In addition, a transport of coupled light to the light modulator and other components the exposure device according to the invention after the successful coupling easily possible with advantage. Further there is a further homogenization of the injected light in Interior of the individual glass fibers by multiple reflection at the interfaces of Fibers between fiber inlet and outlet.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Laserdiode eine separate Einzelglaserfaser zugeordnet ist. Bei der Verwendung von mehreren Laserdioden, beispielsweise eines. Moduls von Laserdioden, lassen sich die Einzelglasfasern auf bequeme Weise zusammenführen, so dass eine geometrische Addition der von den einzelnen Laserdioden emittierten Strahlung erreicht wird. Das Licht jeder einzelnen Laserdiode wird zudem mit dem Licht der anderen Laserdioden durch Mehrfachreflexion an den Grenzflächen der Fasern zwischen Faserein- und -ausgang homogen vermischt. Man erreicht dadurch mit Vorteil eine äußerst homogene Ausleuchtung des Lichtmodulators der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung.In Embodiment of the invention is provided that each laser diode a separate single glass fiber is assigned. When using of several laser diodes, for example one. Module of laser diodes, can be the single glass fibers merge in a comfortable way, so that a geometric addition of the individual laser diodes emitted radiation is achieved. The light of each individual laser diode In addition, with the light of the other laser diodes by multiple reflection at the interfaces the fibers between Faserein- and output homogeneously mixed. This achieves an extremely homogeneous with advantage Illumination of the light modulator of the exposure device according to the invention.

Wenn in einer speziellen Ausbildung der Erfindung die Einzelglasfaser einen Durchmesser von ungefähr 125 μm aufweist, erhält man eine besonders günstige Ausgestaltung, welche eine nahezu verlustfreie Einkopplung des Lichts der Einzellaserdiode ermöglicht, wobei die Abmessungen der Lichteinkopplungseinheit dennoch vorteilhaft klein gehalten werden können.If in a specific embodiment of the invention, the individual glass fiber has a diameter of about 125 microns, we obtain a particularly favorable embodiment, which is a virtually lossless coupling of the light of Einzellaserdi ode allows, the dimensions of the light coupling unit can still be kept advantageously small.

Wenn in Weiterbildung der Erfindung die Einzelglasfasern in der Lichteinkopplungseinheit zu einem Faserbündel zusammengeführt sind, ist ebenfalls mit Vorteil eine geometrische Überlagerung der Lichtemission jeder Einzellaserdiode möglich, so dass das am Ende des Faserbündels austretende Licht wie eine einzige Lichtquelle mit der addierten Intensität jeder Einzellaserdiode wirkt.If in a further development of the invention, the individual glass fibers in the light coupling unit to a fiber bundle together are also, with advantage, a geometric overlay the light emission of each single laser diode possible, so that in the end of the fiber bundle emerging light like a single light source with the added intensity every single laser diode works.

Als besonders vorteilhaft hat es sich gemäß der Erfindung erwiesen, wenn der Außendurchmesser des Faserbündels etwa 650 μm beträgt.When It has proved particularly advantageous according to the invention, when the outside diameter of the fiber bundle about 650 μm is.

Zur weiteren Erhöhung der Bestrahlungsstärke des lichtempfindlichen Materials kann gemäß der Erfindung die Lichtquelle mehrere Module umfassen. Dabei besteht jedes Modul seinerseits aus mehreren, z.B. aus zwanzig, Laserdioden. Wiederum wird der Umstand dabei mit Vorteil ausgenutzt, dass die Étendue jeder einzelnen Laserdiode erheblich geringer ist als die Étendue des Systems aus Display und Projektionsoptik. Bei der Verwendung von herkömmlichen Lichtquellen wie z.B. Gasentladungslampen ist die Situation demgegenüber genau umgekehrt, d.h., die Étendue der Gasentladungslampe ist erheblich größer als die Étendue des Systems aus Display und Projektionsoptik. Bei einer Belichtungsvorrichtung mit einer herkömmlichen Lichtquelle wie einer Gasentladungslampe wäre also die Verwendung mehrerer Lichtquellen zur Erhöhung der Bestrahlungsintensität prinzipiell nur eingeschränkt möglich. Dieses Problem wird jedoch bei der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung der Laserdioden mit großem Vorteil umgangen.to further increase the irradiance of the photosensitive material according to the invention, the light source comprise several modules. In this case, each module is made in turn several, e.g. out of twenty, laser diodes. Again, the circumstance thereby taken advantage of the fact that the étendue each laser diode is considerably less than the étendue of the system of display and Projection optics. When using conventional light sources, e.g. Gas discharge lamps, the situation is exactly the opposite, that is, the Étendue the gas discharge lamp is considerably larger than the Étendue the system of display and projection optics. In an exposure device with a conventional one Light source such as a gas discharge lamp would therefore be the use of several Light sources to increase the irradiation intensity in principle only limited possible. This Problem, however, in the present invention by the use the laser diodes with large Bypassed advantage.

Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung umfasst die Lichteinkopplungseinheit einen lichtintegrierenden Glasstab. Licht integrierende Glasstäbe haben den Vorteil, dass sie bei geeigneter Wahl des Querschnitts, z.B. bei Wahl eines rechteckigen Querschnitts, eine sehr gute Homogenisierung des in den Glasstab eingekoppelten Lichts möglich ist. Beispielsweise wäre es möglich, das Licht mehrerer einzelner Laserdioden gemäß der Erfindung in einen Glasstab mit rechteckigem Querschnitt und geeigneter Durchschnittsfläche einzukoppeln.According to one alternative advantageous embodiment variant of the exposure device according to the invention The light coupling unit comprises a light-integrating glass rod. Light integrating glass rods have the advantage that, with a suitable choice of the cross-section, e.g. if you choose a rectangular cross section, a very good homogenization of the light coupled into the glass rod is possible. For example, it would be possible the light a plurality of individual laser diodes according to the invention in a glass rod with rectangular cross-section and appropriate average surface couple.

Durch die Reflexionsvorgänge an der inneren Grenzfläche des Glasstabs zu der Umgebung erfolgt dann mit Vorteil eine sehr gute Durchmischung des Lichts der Einzellaserdioden, so dass am Ausgang des Glasstabs eine Beleuchtung der Lichtmodulatoreinheit mit homogenem Licht hoher spektraler Intensität möglich ist.By the reflection processes at the inner interface the glass rod to the environment then takes advantage of a very good mixing of the light of the single laser diodes, so that on Output of the glass rod illumination of the light modulator unit with homogeneous light of high spectral intensity is possible.

Wiederum beruht die Möglichkeit, gemäß der Erfindung das Licht mehrere Einzellichtquellen geometrisch zu addieren, auf der Eigenschaft der Einzellaserdioden, eine äußerst geringe Étendue aufzuweisen. Gleichzeitig ist bei der Überlagerung der einzelnen Laserdioden aufgrund der verhältnismäßig kurzen Kohärenzlänge im Allgemeinen auch nicht mit die Homogenität störenden Beugungseffekten zu rechnen.In turn is the possibility according to the invention the light to add several individual light sources geometrically on the property of single laser diodes, a very low étendue exhibit. At the same time, the superimposition of the individual laser diodes due to the relatively short Coherence length in general not even with the homogeneity disturbing Diffraction effects to be expected.

In spezieller Weiterbildung der Erfindung weist der Glasstab einen eckigen, vorzugsweise rechteckigen, Querschnitt auf. Der Vorteil ist, dass der rechteckige Stabquerschnitt am Ausgang an einen rechteckigen Lichtmodulator, beispielsweise einen DMDTM (Digital Micromirror Device) geometrisch angepasst werden kann.In a specific embodiment of the invention, the glass rod has an angular, preferably rectangular, cross-section. The advantage is that the rectangular bar cross-section can be geometrically adjusted at the output to a rectangular light modulator, such as a DMD ™ (Digital Micromirror Device).

Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung ist der Strahlungsfluss variierbar ausgestaltet. Hierdurch wird mit Vorteil erreicht, dass die Belichtungsvorrichtung für unterschiedliche Materialien oder Anwendungen durch den Anwender angepasst werden kann. Beispielsweise können bestimmte Anwendungen eine geringere Belichtungsintensität erfordern als andere. Im Wechselspiel mit der Belichtungszeit erhält man durch die variierbare Ausgestaltung des Strahlungsflusses der Lichtquelle eine sehr flexible Anpassung der Prozessparameter.According to one Particularly preferred embodiment of the exposure device according to the invention the radiation flux is designed variably. This will achieved with advantage that the exposure device for different Materials or applications can be customized by the user can. For example, you can certain applications require a lower exposure intensity than others. In the interplay with the exposure time you get through the variable design of the radiation flux of the light source a very flexible adaptation of the process parameters.

In diesem Zusammenhang hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Strahlungsfluss der Laserdiode selber variierbar ausgestaltet ist.In In this context, it has proved to be beneficial when the radiation flux the laser diode itself is designed to be variable.

Hierdurch lässt sich eine direkte Variation des Strahlungsflusses der Lichtquelle der Belichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung erreichen. Dabei kann die Variation durch Einsatz geeigneter geregelter Stromquellen im wesentlichen stufenlos realisiert sein.hereby let yourself a direct variation of the radiation flux of the light source Exposure device according to the invention to reach. The variation can be controlled by using suitable regulated Power sources to be realized substantially continuously.

In alternativer Ausgestaltung der Variante der Erfindung ist die Lichtquelle mit Mitteln zum separaten Zu- oder Abschalten einzelner Laserdioden versehen. Bei Verwendung eines Moduls aus mehreren Laserdioden für die Lichtquelle kann auf diese Weise mit Vorteil bei konstantem Betriebsstrom für jede einzelne Laserdiode eine Variation des Strahlungsflusses erreicht werden. Dabei lässt sich der Strahlungsfluss prinzipiell in Stufen von 100% bis 0 % variieren, wobei die Anzahl der erreichbaren Graustufen durch die Anzahl der einzelnen Laserdioden innerhalb eines Moduls gegeben ist. In vielen Fällen der Anwendung ist eine solche gestufte Variierbarkeit ausreichend und es kann mit Vorteil auf eine Stromregelung zur Variation des Strahlungsflusses verzichtet werden.In Alternative embodiment of the variant of the invention is the light source provided with means for separately connecting or disconnecting individual laser diodes. When using a module of several laser diodes for the light source this way can be beneficial for constant operating current for each one Laser diode, a variation of the radiation flux can be achieved. Leave it In principle, the radiation flux varies in steps of 100% to 0%. wherein the number of achievable gray levels by the number of given individual laser diodes within a module. In many Cases of Application, such a graded variability is sufficient and It can be beneficial to a current control to vary the radiation flux be waived.

Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.The invention is in a preferred off guide described with reference to a drawing by way of example, with further advantageous details of the figures of the drawing can be seen.

Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.Functionally same Parts are provided with the same reference numerals.

Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:The Figures of the drawing show in detail:

1 schematische Darstellung des Gesamtaufbaus der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung 1 schematic representation of the overall structure of the preferred embodiment of the exposure device according to the invention

2 schematische Detaildarstellung der Lichtquelle und der Lichteinkoppelungseinheit der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung aus 1. 2 schematic detail of the light source and the Lichteinkoppelungseinheit of the exposure device according to the invention from 1 ,

In der 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Belichtungsvorrichtung 1 dargestellt. Die Belichtungsvorrichtung 1 besteht aus einer Lichtquelle 2, einer Lichteinkopplungseinheit 3, einem Lichtmodulator 4 sowie einer Abbildungsoptik 5. Außerdem ist in der 1 ein zu belichtendes Material 6 zu erkennen. Die Lichtquelle 2 ist aufgebaut aus einer Zeile von insgesamt zwanzig einzelnen Laserdioden 7. Jede Laserdiode 7 emittiert Licht im Wellenlängenbereich von ca. 400 bis 410 nm. Die optische Strahlungsleistung jeder Laserdiode 7 beträgt etwa 60 mWatt. Das Licht jeder einzelnen Laserdiode 7 wird in die Lichteinkoppelungseinheit 3 eingekoppelt. Dabei beseht die Lichteinkoppelungseinheit 3 aus insgesamt zwanzig Einzelglasfasern 8. Jede Einzelglasfaser 8 ist genau einer Laserdiode 7 zugeordnet, so dass das Licht jeder Laserdiode 7 in jeweils eine Einzelglasfaser 8 eingekoppelt wird. Die Einzelglasfasern 8 laufen zusammen und sind am Eingang des Lichtmodulators 4 zu einem Faserbündel 9 zusammengeführt. Mit dem Faserbündel 9 wird der Lichtmodulator 4 beleuchtet. Dabei tritt am Ausgang des Faserbündels 9 Licht von jeder der zwanzig einzelnen Laserdioden 7 auf den Lichtmodulator 4 auf. Der Durchmesser jeder Einzelglasfaser 8 beträgt 125 μm. Der Gesamtaußendurchmesser des Faserbündels 9 beträgt 650 μm. Das von dem Lichtmodulator 4 modulierte Licht 10 wird über die Abbildungsoptik 5 auf das zu belichtende Material 6 gelenkt.In the 1 is schematically an exposure device according to the invention 1 shown. The exposure device 1 consists of a light source 2 , a light coupling unit 3 , a light modulator 4 as well as an imaging optics 5 , Moreover, in the 1 a material to be exposed 6 to recognize. The light source 2 is composed of one row of twenty individual laser diodes 7 , Every laser diode 7 emits light in the wavelength range of approx. 400 to 410 nm. The optical radiation power of each laser diode 7 is about 60 mWatt. The light of each individual laser diode 7 is in the light coupling unit 3 coupled. In this case, the Lichteinkoppelungseinheit looks 3 out of a total of twenty individual glass fibers 8th , Every single glass fiber 8th is exactly one laser diode 7 assigned so that the light of each laser diode 7 in each case a single glass fiber 8th is coupled. The single glass fibers 8th converge and are at the entrance of the light modulator 4 to a fiber bundle 9 merged. With the fiber bundle 9 becomes the light modulator 4 illuminated. This occurs at the output of the fiber bundle 9 Light from each of the twenty individual laser diodes 7 on the light modulator 4 on. The diameter of each individual glass fiber 8th is 125 μm. The total outer diameter of the fiber bundle 9 is 650 μm. That of the light modulator 4 modulated light 10 is about the imaging optics 5 on the material to be exposed 6 directed.

Die im Vergleich zur Étendue des Gesamtsystems aus dem Lichtmodulator 4 und der Abbildungsoptik 5 sehr kleine Étendue der einzelnen Laserdioden 7 bewirkt, dass das am Ausgang des Faserbündels 9 austretende Licht seinerseits eine Étendue hat, welche noch immer geringer ist als die Étendue des Systems aus Lichtmodulator 4 und Abbildungsoptik 5. Somit ist theoretisch eine verlustfreie Einkoppelung des Lichts aller zwanzig Laserdioden in die Beleuchtungsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung möglich.The compared to the étendue of the overall system from the light modulator 4 and the imaging optics 5 very small etendue of the individual laser diodes 7 causes that at the exit of the fiber bundle 9 On the other hand, light that emerges has an etendue that is still lower than the étendue of the light modulator system 4 and imaging optics 5 , Thus, theoretically, a lossless coupling of the light of all twenty laser diodes in the lighting device 1 possible according to the invention.

Die 2 zeigt einige Details der erfindungsgemäßen Einheit aus Laserdioden 7 und Lichteinkoppelungseinheit 3. Wie zu erkennen, umfasst die Lichtquelle 2 insgesamt zwanzig Laserdioden 7. Die Laserdioden 7 sind zu einem Modul 11 bestehend aus zwanzig Einzellaserdioden 7 zusammengefasst. Am Ausgang des Moduls 11 ist jeder Laserdiode 7 eine Einzelglasfaser 8 zugeordnet. Die insgesamt zwanzig Einzelglasfasern 8 sind zu dem Faserbündel 9 zusammengefasst. Das Faserbündel 9 ist durch das Außengehäuse 12 der Einheit aus Lichtquelle 2 und Lichteinkoppelungseinheit 3 hindurchgeführt und dort mit einem FC (Fiber Channel) Stecker 13 verbunden.The 2 shows some details of the unit according to the invention of laser diodes 7 and light-coupling unit 3 , As can be seen, the light source includes 2 a total of twenty laser diodes 7 , The laser diodes 7 are to a module 11 consisting of twenty individual laser diodes 7 summarized. At the output of the module 11 is every laser diode 7 a single glass fiber 8th assigned. The total of twenty individual glass fibers 8th are to the fiber bundle 9 summarized. The fiber bundle 9 is through the outer casing 12 the unit of light source 2 and light-coupling unit 3 passed through and there with a FC (Fiber Channel) connector 13 connected.

Das Modul 11, welches die zwanzig Laserdioden 7 zusammenfasst, ist auf einer Kühlplatte 14 angebracht. Die Kühlplatte 14 ist an den Enden jeweils mit einem Kühlrohr 15 verbunden. In das Kühlrohr 15 kann an dem Anschlussstutzen 16 Kühlflüssigkeit eingefüllt und zirkuliert werden.The module 11 which is the twenty laser diodes 7 is on a cold plate 14 appropriate. The cooling plate 14 is at the ends each with a cooling tube 15 connected. In the cooling tube 15 can on the connecting piece 16 Coolant be filled and circulated.

Die Lichtquelle 2 umfasst ferner die Steuereinheit 17 für die zwanzig Laserdioden 7. Die Steuereinheit 17 der Lichtquelle 2 wird über einen Stecker 18 vom Format Dsub mit Energie versorgt. Die Steuereinheit 7 ist wärmeleitend mit einem Kühlkörper 19 verbunden. Der Kühlkörper 19 ist seinerseits mit den Kühlrohren 15 wärmeleitend verbunden.The light source 2 further comprises the control unit 17 for the twenty laser diodes 7 , The control unit 17 the light source 2 is via a plug 18 powered by the Dsub format. The control unit 7 is heat-conducting with a heat sink 19 connected. The heat sink 19 is in turn with the cooling tubes 15 thermally conductive connected.

Am Ausgang des FC-Steckers 13 wird die Gesamtemission der zwanzig Einzellaserdioden 7 des Moduls 11 als Gesamtstrahlung 20 emittiert. Die Gesamtstrahlung 20 weist eine Étendue auf, welche geringer ist als die Étendue der Einheit aus Lichtmodulator 4 und Abbildungsoptik 5. Es bestehen somit keine prinzipiellen Beschränkungen bezüglich der Einkoppelungsmöglichkeit der Gesamtstrahlung 20 in den Lichtmodulator 4 und die Abbildungsoptik 5. Somit kann der wesentliche Teil der Gesamtstrahlung 20 auf das zu belichtende Material 6 gerichtet werden.At the output of the FC connector 13 becomes the total emission of the twenty single-laser diodes 7 of the module 11 as total radiation 20 emitted. The total radiation 20 has an étendue which is less than the étendue of the unit of light modulator 4 and imaging optics 5 , There are thus no fundamental restrictions with regard to the possibility of coupling in the total radiation 20 in the light modulator 4 and the imaging optics 5 , Thus, the essential part of the total radiation 20 on the material to be exposed 6 be directed.

Im Betrieb der Lichtquelle 2 wird über die Anschlussstutzen 16 Kühlflüssigkeit durch das Kühlrohr 15 geleitet. Die im Kühlrohr 15 zirkulierende Kühlflüssigkeit transportiert dabei über den Kühlkörper 19 Wärme von der Steuereinheit 17 der Laserdiode 7 ab. Außerdem führt die Kühlflüssigkeit in dem Kühlrohr 15 Wärme von dem Modul 11, welches aus den zwanzig Laserdioden 7 besteht, über die Kühlplatte 14 ab. Insgesamt ist die abgeführte Verlustwärme im Verhältnis zur nutzbaren emittierten Gesamtstrahlung 20 gemäß der Erfindung erheblich geringer als dies bei konventionellen Belichtungsvorrichtungen der Fall ist, welche als Lichtquelle eine Gasentladungslampe oder Glühlampe mit breitem Emissionsspektrum verwenden.In operation of the light source 2 is over the connecting pieces 16 Coolant through the cooling tube 15 directed. The in the cooling tube 15 circulating coolant transported over the heat sink 19 Heat from the control unit 17 the laser diode 7 from. In addition, the cooling liquid in the cooling tube leads 15 Heat from the module 11 which consists of the twenty laser diodes 7 exists, over the cooling plate 14 from. Overall, the dissipated heat loss in relation to the usable total emitted radiation 20 According to the invention, this is considerably less than is the case with conventional exposure apparatuses which use, as a light source, a gas discharge lamp or a light bulb with broad emission use spectrum.

Hiermit ist gemäß der Erfindung eine Belichtungsvorrichtung vorgeschlagen, mit welcher die Bestrahlungsstärke von UV-empfindlichem Material 6 auf vergleichsweise einfache und kostengünstige Weise optimiert wird. Bei der Auslegung der Abbildungsoptik 5 sind im allgemeinen keine Beugungseffekte zu berücksichtigen, da die Kohärenzlänge der Lasedioden 7 vergleichsweise kurz ist. Eine Homogenisierung des von den einzelnen Laserdioden 7 emittierten Lichts erfolgt durch mehrfache Reflexion innerhalb der Einzelglasfasern 8 des Faserbündels 9.Hereby, an exposure device is proposed according to the invention, with which the irradiance of UV-sensitive material 6 is optimized in a relatively simple and cost-effective manner. When designing the imaging optics 5 In general, no diffraction effects are to be considered, since the coherence length of the lasing diodes 7 is comparatively short. Homogenization of the individual laser diodes 7 emitted light is due to multiple reflection within the individual glass fibers 8th of the fiber bundle 9 ,

11
Belichtungsvorrichtungexposure device
22
Lichtquellelight source
33
LichteinkoppelungseinheitLichteinkoppelungseinheit
44
Lichtmodulatorlight modulator
55
Abbildungsoptikimaging optics
66
zu belichtendes Materialto exposing material
77
Laserdiodenlaser diodes
88th
EinzelglasfaserSingle Fiber
99
Faserbündelfiber bundles
1010
moduliertes Lichtmodulated light
1111
Modulmodule
1212
Außengehäuseouter casing
1313
FC-SteckerFC connector
1414
Kühlplattecooling plate
1515
Kühlrohrcooling pipe
1616
Anschlußstutzenconnecting branch
1717
Steuereinheitcontrol unit
1818
Dsub SteckerDsub plug
1919
Kühlkörperheatsink
2020
Gesamtstrahlungtotal radiation

Claims (15)

Belichtungsvorrichtung (1) mit einer Lichtquelle (2), einem Lichtmodulator (4) sowie einer Lichteinkoppelungseinheit (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) eine Laserdiode (7) umfaßt.Exposure device ( 1 ) with a light source ( 2 ), a light modulator ( 4 ) and a Lichteinkoppelungseinheit ( 3 ), characterized in that the light source ( 2 ) a laser diode ( 7 ). Belichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laserdiode (7) Licht im Bereich von ungefähr 350nm bis ungefähr 450nm emittiert.Exposure device ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the laser diode ( 7 ) Emits light in the range of about 350nm to about 450nm. Belichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) ein Modul (11) aus mehreren, vorzugsweise zwanzig, Laserdioden (7) umfaßt.Exposure device ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the light source ( 2 ) a module ( 11 ) of several, preferably twenty, laser diodes ( 7 ). Belichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlungsfluß jeder Laserdiode (7) in der Lichteinkoppelungseinheit (3) optisch überlagert wird.Exposure device ( 1 ) according to claim 3, characterized in that a radiation flux of each laser diode ( 7 ) in the light coupling unit ( 3 ) is superimposed optically. Belichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteinkoppelungseinheit (3) Einzelglasfasern (8) umfaßt.Exposure device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the Lichteinkoppelungseinheit ( 3 ) Individual glass fibers ( 8th ). Belichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Laserdiode (7) jeweils eine separate Einzelglasfaser (8) zugeordnet ist.Exposure device ( 1 ) according to claim 5, characterized in that each laser diode ( 7 ) each have a separate individual glass fiber ( 8th ) assigned. Belichtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelglasfaser (8) einen Durchmesser von ungefähr 125 μm aufweist.Exposure device ( 1 ) according to one of claims 5 or 6, characterized in that the individual glass fiber ( 8th ) has a diameter of about 125 microns. Belichtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelglasfasern (8) in der Lichteinkoppelungseinheit (3) zu einem Faserbündel (9) zusammengeführt sind.Exposure device ( 1 ) according to one of claims 6 or 7, characterized in that the individual glass fibers ( 8th ) in the light coupling unit ( 3 ) to a fiber bundle ( 9 ) are brought together. Belichtungsvorrichtung (1) nach dem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Faserbündels (9) etwa 650um beträgt.Exposure device ( 1 ) according to claim 8, characterized in that the outer diameter of the fiber bundle ( 9 ) is about 650um. Belichtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) mehrere Module (11) umfaßt.Exposure device ( 1 ) according to one of claims 3 to 9, characterized in that the light source ( 2 ) several modules ( 11 ). Belichtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteinkoppelungseinheit (3) einen lichtintegrierenden Glasstab umfaßt.Exposure device ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Lichteinkoppelungseinheit ( 3 ) comprises a light-integrating glass rod. Belichtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Glasstab einen eckigen, vorzugsweise rechteckigen, Querschnitt aufweist.Exposure device ( 1 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the glass rod has an angular, preferably rectangular, cross-section. Belichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsfluß der Lichtquelle (2) variierbar ausgestaltet ist.Exposure device ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation flux of the light source ( 2 ) is designed variable. Belichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsfluß der Laserdiode (7) variierbar ausgestaltet ist.Exposure device ( 1 ) according to claim 13, characterized in that the radiation flux of the laser diode ( 7 ) is designed variable. Belichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) mit Mitteln zum separaten Zu- oder Abschalten einzelner Laserdioden (7) versehen ist.Exposure device ( 1 ) according to claim 13, characterized in that the light source ( 2 ) with means for separately connecting or disconnecting individual laser diodes ( 7 ) is provided.
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