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Die
Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektronischen Reproduktionstechnik
und betrifft ein Verfahren zur Einstellung der Linienbreite von
aufgezeichneten Bildlinien in einem Gelichter zur Aufzeichnung von Druckvorlagen
wie z. B. Druckplatten.
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In
der elektronischen Reproduktionstechnik werden Aufzeichnungsgeräte zur Belichtung
von Druckvorlagen und Druckformen eingesetzt. Dazu wird ein Laserstrahl
beispielsweise von einer Laserdiode erzeugt, durch optische Mittel
geformt und auf das Aufzeichnungsmaterial fokussiert, und mittels
eines Ablenksystems Punkt- und Linienweise über das Aufzeichnungsmaterial
abgelenkt. Es gibt auch Aufzeichnungsgeräte, die zur Erhöhung der
Belichtungsgeschwindigkeit ein Bündel
von Laserstrahlen erzeugen, z. B. mit einer separaten Laserdiode
für jeden
Laserstrahl, und mit jedem Überstreichen
des Aufzeichnungsmaterials mehrere Bildlinien der Druckform gleichzeitig
belichten. Die Druckformen können
auf Filmmaterial belichtet werden, so dass sogenannte Farbauszugsfilme
entstehen, die anschließend
mittels eines fotografischen Umkopierverfahrens zur Herstellung
von Druckplatten dienen. Statt dessen können auch die Druckplatten
selbst in einem Plattenbelichter oder direkt in einer digitalen
Druckmaschine belichtet werden. Das Aufzeichnungsmaterial kann sich
auf einer Trommel befinden (Außentrommelbelichter),
in einer zylindrischen Mulde (Innentrommelbelichter) oder auf einer
ebenen Fläche
(Flachbettbelichter).
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Bei
einem Außentrommelbelichter
wird das zu belichtende Material in Form von Filmen oder Druckplatten
auf eine drehbar gelagerte Trommel montiert. Während die Trommel rotiert,
wird ein Belichtungskopf in einem relativ kurzen Abstand axial an
der Trommel entlang bewegt. Der Belichtungskopf fokussiert einen
oder mehrere Laserstrahlen auf die Trommeloberfläche, die die Trommeloberfläche in Form
einer engen Schraubenlinie überstreichen.
Auf diese Weise werden bei jeder Trommelumdrehung eine bzw. mehrere
Bildlinien auf das Aufzeichnungsmaterial belichtet.
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Bei
einem Innentrommelbelichter wird das zu belichtende Material auf
der Innenfläche
eines teilweise offenen Hohlzylinders montiert und mit einem Laserstrahl
belichtet, der entlang der Zylinderachse auf eine Ablenkvorrichtung
gerichtet wird, die den Laserstrahl senkrecht auf das Material reflektiert.
Die Ablenkvorrichtung, ein Prisma oder ein Spiegel, wird im Betrieb
gedreht und außerdem
langsam in Richtung der Zylinderachse bewegt, so dass der abgelenkte
Laserstrahl kreisförmige
oder schraubenförmige
Bildlinien auf dem Material beschreibt, um nach und nach dessen
gesamte Oberfläche
abzutasten.
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Flachbettbelichter
arbeiten überwiegend
mit einem schnell rotierenden Polygonspiegel, dessen Spiegelflächen den
Laserstrahl quer über
das Aufzeichnungsmaterial lenken, während gleichzeitig das Aufzeichnungsmaterial
senkrecht zur Ablenkrichtung des Laserstrahls bewegt wird. Auf diese
Weise wird Bildlinie für Bildlinie
belichtet. Da sich bei der Bewegung des Laserstrahls über das
Aufzeichnungsmaterial die Länge
des Lichtwegs ändert,
ist eine aufwendige Abbildungsoptik erforderlich, die dadurch bedingte
Größenänderungen des
Belichtungspunktes kompensiert.
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Innentrommelbelichter
haben gegenüber
Flachbettbelichtern den Vorteil, dass die optischen Wege kürzer sind,
so dass wenig Aufwand für
Schwingungsdämpfung
erforderlich ist. Außerdem
ist die Länge
des Lichtwegs konstant, so dass man mit einer einfachen Abbildungsoptik
auskommt. Aufgrund der wenigen und schnell beweglichen Teile erzielt
man mit Innentrommelbelichtern hohe Belichtungsgeschwindigkeiten.
Mit einem Außentrommelbelichter
werden konstruktionsbedingt nicht so hohe Belichtungsgeschwindigkeiten
erreicht, da eine große
Masse bewegt werden muss und die Drehzahl der Trommel durch die
Fliehkräfte
begrenzt wird, die bei zu hoher Drehzahl das Aufzeichnungsmaterial
von der Trommel ablösen
würden.
Vorteilhaft ist beim Außentrommelbelichter,
dass der Lichtweg vom Laser zum Belichtungspunkt sehr kurz ist.
Das ermöglicht
eine Ausgestaltung der Abbildungsoptik, mit der ein sehr scharfes
Strahlprofil erzeugt wird. In einem Innentrommelbelichter ist das
wegen des längeren
Lichtwegs nicht möglich,
so dass das Strahlprofil eine Verteilung der Leistungsdichte vom
Zentrum zum Rand des Laserstrahls beispielsweise nach einer Gauß-Glockenkurve
aufweist.
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Der
Laserstrahl wird bei der Belichtung von Druckvorlagen nicht mit
einem kontinuierlich variierenden Signal moduliert, sondern er wird
abhängig
von einem binären
Bildsignal, das nur zwei Werte annehmen kann, ein- und ausgeschaltet.
Der Grund dafür
ist, dass die Druckvorlagen gerastert sind, d. h. unterschiedliche
Tonwerte in den Farbauszügen
werden durch Rasterpunkte dargestellt, deren Größe entsprechend den Tonwerten variiert
wird. Die Rasterpunkte werden bei der Belichtung der Druckvorlagen
aus vielen kleinen Belichtungspunkten zusammengesetzt, z. B. mit
einer Auflösung
von 1000 Belichtungspunkten/cm. Um diese Auflösung zu erreichen, müssen die
Bildlinien beispielsweise einen Abstand a = 10 μm haben. Ob der Durchmesser
d der Belichtungspunkte bei diesem Beispiel ebenfalls auf d = 10 μm eingestellt
werden muss, hängt
vom Strahlprofil des Laserstrahls und von den Belichtungseigenschaften
des Aufzeichnungsmaterials ab. Für
die folgenden Erläuterungen
wird der Durchmesser d als 50%-Durchmesser definiert, der sich aus
dem Radius ergibt, bei dem die Leistungsdichte des Laserstrahls
auf 50% ihres maximalen Wertes im Zentrum des Strahls abgefallen
ist.
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Wenn
wie z. B. bei einem Außentrommelbelichter
ein scharfes Strahlprofil vorhanden ist, d. h. eine gleichförmige Verteilung
der Leistungsdichte über
die Fläche
des Belichtungspunktes, wird der 50%-Durchmesser des Belichtungspunktes
auf das Maß des
Linienabstands a oder etwas größer eingestellt.
Dann grenzen benachbarte Bildlinien genau aneinander oder überlappen
etwas, wodurch gewährleistet
ist, dass keine unterbelichteten Bereiche zwischen benachbarten
Bildlinien entstehen, die in der fertigen Aufzeichnung der Druckvorlage
störend
sichtbar wären.
Wenn wie z. B. bei einem Innentrommelbelichter das Strahlprofil
einer Gaußkurve
folgt, wird der 50%-Durchmesser d des Belichtungspunktes vorzugsweise
so eingestellt, dass er dem Bildlinienabstand a entspricht, d. h.
in dem Beispiel einer Auflösung
von 1000 Belichtungspunkten/cm beträgt der Linienabstand a = 10 μm und der
50%-Durchmesser ebenfalls d = 10 μm.
Diese Grundeinstellung des Durchmessers des Belichtungspunktes hat
sich in der Praxis für
Filme und Druckplatten mit einer fotoempfindlichen Schicht aus Silberhalogenid
bewährt,
die in der Regel eine Lichtempfindlichkeitskurve mit einer ausgeprägten Belichtungsschwelle
aufweisen. Wenn die eingestrahlte Energiedichte die Belichtungsschwelle überschreitet,
ist das Material belichtet, und bei einer darunter liegenden Energiedichte
bleibt es unbelichtet. Die Grundeinstellung der Linienbreite wird
in einem Gelichter im täglichen
Betrieb optimiert, indem sie feinstufig durch die Veränderung
der Laserleistung nachgestellt wird. Damit werden variierende Eigenschaften
des Aufzeichnungsmaterials und der Entwicklungschemie kompensiert.
Dazu werden Testbelichtungen mit verschiedenen Linienbreiten durchgeführt und
ausgemessen. Die Parameter, die den besten Linienanschluss zwischen benachbarten
Bildlinien ergeben, werden anschließend im Gelichter eingestellt.
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Seit
einiger Zeit sind Offset-Druckplatten verfügbar, die aus einem Trägermaterial
und einer darauf aufgebrachten Fotopolymerschicht aufgebaut sind
und die sich anders verhalten als eine typische fotoempfindliche
Schicht auf der Basis von Silberhalogenid. 1 zeigt
qualitativ eine typische Belichtungskurve für eine Fotopolymer-Druckplatte.
Auf der horizontalen Achse ist die Energiedichte H aufgetragen,
mit der die Druckplatte belichtet wird, und auf der vertikalen Achse
ist die Wirkung W der Belichtung aufgetragen. Beim Überschreiten
einer ersten Belichtungsschwelle M1 wird in der Fotopolymerschicht
eine Polymerisation ausgelöst, die
die Moleküle
vernetzt. Dadurch werden die belichteten Bereiche resistent gegen
die Entwicklerlösung,
mit der die unbelichteten Bereiche in einem Folgeprozess ausgewaschen
werden. Allerdings sind die belichteten Bereiche noch nicht widerstandsfähig genug
gegen die Abnutzung in der Druckmaschine, wenn sie nur mit einer
Energiedichte belichtet wurden, die knapp über der ersten Belichtungsschwelle
M1 liegt. So belichtete und entwickelte Druckplatten halten nicht
lange genug, um hohe Auflagen drucken zu können. Um die belichteten Bereiche
so zu verfestigen, dass sie widerstandsfähig gegen die Abnutzungsprozesse
in der Druckmaschine werden, müssen
sie relativ weit über
die erste Belichtungsschwelle M1 hinaus belichtet werden. Ab einer
zweiten Belichtungsschwelle M2, die beträchtlich höher sein kann als die erste
Belichtungsschwelle M1, ist die Verfestigung des Polymers soweit
fortgeschritten, dass mit einer noch stärkeren Belichtung keine wesentlich
weitere Verfestigung erreicht wird. Im Bereich der zweiten Belichtungsschwelle
M2 und darüber
hinaus kann die zur Belichtung eingesetzte Energiedichte H in weiten
Grenzen gewählt
werden, z. B. um über
die Veränderung der
Laserleistung die Linienbreite b optimal einzustellen. Wie von der
Anmelderin festgestellt sind in diesem Fall aber die bekannten Verfahren
zur optimalen Einstellung des Durchmessers d des Belichtungspunktes
bzw. der Linienbreite für
ein Strahlprofil nach einer Gaußkurve
nicht mehr anwendbar.
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Aus
der
DE 196 15 050
A1 ist eine Lösung
für die
Belichtung von Thermomaterial mit einer einzelnen Sublimationsschwelle
beschrieben. Die Strahlen der einzelnen zu belichtenden Linien grenzen
dabei im Bereich ihrer 50%-Werte aneinander. Solch ein Verfahren
ist bei einem Material mit zwei Schwellen nicht mehr möglich, da
bei gleicher Strahlbreite die Energie auch außerhalb der 50%-Grenze zu hoch
ist.
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Bei
der Verwendung solcher Einstellungen der Linienbreiten wird derzeit
eine schlechtere Auflösung durch
die Überbelichtung
in Kauf genommen.
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Es
gibt auch die Möglichkeit,
die Fotopolymer-Druckplatte im Gelichter nur mit einer Energiedichte
H entsprechend der ersten Belichtungsschwelle M1 zu belichten, und
nach der Entwicklung eine Nachbelichtung mit UV-Licht durchzuführen, um
damit die nicht ausgewaschenen Polymerstrukturen nachzuhärten. Diese
Arbeitsweise ist aber mit zusätzlichem
Zeit- und Personalaufwand verbunden und deshalb nachteilig.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben,
mit dem für
ein Fotopolymer-Aufzeichnungsmaterial und ein gegebenes Strahlprofil
des Laserstrahls die Linienbreite in einem Gelichter optimal eingestellt
werden kann, so dass zwischen benachbarten Bildlinien keine unterbelichteten
Bereiche entstehen. Außerdem
soll die Belichtung in einem Arbeitsgang mit einer ausreichend hohen
Energiedichte erfolgen, so dass keine Nachbelichtung des Aufzeichnungsmaterials
zur Verfestigung der Polymerstrukturen erforderlich ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Belichtungskurve für
ein Fotopolymer-Material,
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2 eine
schematische Darstellung eines Innentrommelbelichters,
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3 das
Strahlprofil eines Laserstrahls,
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4 eine
Bildlinie,
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5 die
Energiedichteverteilung quer zur Bewegungsrichtung des Laserstrahls,
und
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6 die
Linienbreite in Abhängigkeit
von der Energiedichte.
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2 zeigt
schematisch den Aufbau eines Innentrommelbelichters, der die Belichtung
mit einem einzelnen Laserstrahl durchführt. In einem Gehäuse 2 ist
eine halbzylindrische Mulde 4 ausgebildet, auf deren Innenfläche ein
zu belichtendes Aufzeichnungsmaterial 6 aufliegt, beispielsweise
ein Film oder eine flexible Druckplatte. Auf der Achse der halbzylindrischen
Mulde 4 sind der Reihe nach ein Laser 8, eine
Abbildungsoptik 10, ein reflektierendes Prisma 12,
dessen reflektierende Fläche
um 45° zur
Achse der Mulde 4 geneigt ist, und ein Motor 14 angeordnet.
Das Prisma 12 ist an der Antriebsachse des Motors 14,
die entlang der Achse der Mulde 4 verläuft, befestigt. Der Laser 8,
das Abbildungsobjektiv 10, das Prisma 12 und der
Motor 14 sind auf einem nicht gezeigten Schlitten angeordnet,
der im Betrieb langsam in Richtung der Achse der Mulde 4 verfahren
wird. Ein aus dem Laser 8 austretender Laserstrahl 16 wird
von dem rotierenden Prisma 12 um 90° abgelenkt und trifft dann auf
das Aufzeichnungsmaterial 6, auf dem er eine kreisförmige oder
schraubenförmige
Bildlinie 18 beschreibt.
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Wegen
des relativ langen Lichtwegs in einem Innentrommelbelichter vom
Laser 8 bis zum Material 6 ist es nicht möglich, die
Abbildungsoptik 10 so auszubilden, dass der auf dem Material 6 fokussierte
Belichtungspunkt über
seine Fläche
eine gleichförmig
verteilte Leistungsdichte aufweist. Der Belichtungspunkt hat eine
ungleichförmige
Verteilung der Leistungsdichte, die in der Mitte ein Maximum hat
und zum Rand des Belichtungspunktes nach allen Richtungen abnimmt.
Ein solches Profil des fokussierten Laserstrahls ist in der 3 angedeutet.
Typisch ist die Verteilung der Leistungsdichte nach einer zweidimensionalen
Gaußfunktion.
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Darin
ist
die Leistungsdichte
im Zentrum des Belichtungspunktes, und e1 ist der Radius, bei dem
die Leistungsdichte um den Faktor 1/e abgefallen ist. Der 1/e-Radius
e1 kann aus dem 50%-Durchmesser d nach der folgenden Beziehung berechnet
werden:
e1 = 0,6 × d (3) -
4 zeigt
einen Abschnitt der Bildlinie 18, die entsteht, wenn der
Belichtungspunkt mit dem 50%-Durchmesser d und dem Leistungsdichteprofil
nach Gleichung (1) mit der Geschwindigkeit v in x-Richtung das Aufzeichnungsmaterial 6 überstreicht.
Die Breite b der Bildlinie 18 soll bestimmt werden. Dazu
wird für
eine ortsfeste Achse, die senkrecht zur Bewegungsrichtung des Belichtungspunktes
liegt, z. B. für
die y-Achse in 4, die eingestrahlte Energiedichte
H(y) bestimmt, die sich aus der Integration der Leistungsdichteanteile
auf der y-Achse für
die verschiedenen x-Positionen des Belichtungspunktes ergibt. Setzt
man in dem Leistungsdichteprofil für die x-Position die Beziehung
x = v × t
ein, so ergibt sich eine Integration über den zeitlichen Verlauf
der Leistungsdichte an jedem Punkt der ortsfesten Achse.
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Das
Integral hat den Wert
so dass
sich für
die Energiedichteverteilung H(y) entlang der y-Achse ergibt:
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5 zeigt
diese Funktion. Die Breite b der Bildlinie
18 ergibt sich
aus den beiden Punkten auf der Kurve H(y), bei denen die Energiedichte
H die erste Belichtungsschwelle M1 des Aufzeichnungsmaterials
6 überschreitet,
d. h. mit r = b/2 gilt:
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Diese
Beziehung kann nach r aufgelöst
werden, und daraus erhält
man schließlich
eine Funktion für die
Breite b der Bildlinie 18 in Abhängigkeit von der Laserleistung
P, von der Belichtungsschwelle M1 des Aufzeichnungsmaterials 6,
von der Geschwindigkeit v des Belichtungspunktes und von dem 1/e-Radius
des Belichtungspunktes.
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Zur
vereinfachten Darstellung dieser Funktion wird eine normierte Energiedichte
HN mit der Einheit Ws/m2 eingeführt, die
aus dem Verhältnis
der Laserleistung P zur Belichtungsgeschwindigkeit v und zu einem normierten
Durchmesser dN = 10 μm des Belichtungspunktes gebildet
ist.
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Damit
wird aus der Gleichung (8) der Zusammenhang:
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6 zeigt
Beispiele für
diesen Zusammenhang als Kurvenschar mit dem 50%-Durchmesser d als Parameter. Dabei wurde
der 50%-Durchmesser d nach Gleichung (3) in den 1/e-Radius umgerechnet,
und für die
Belichtungsschwelle M1 wurde ein für eine Fotopolymer-Druckplatte
typischer Wert von M1 = 0,3 Ws/m2 eingesetzt.
Aus den Kurven kann man beispielsweise entnehmen, dass eine Belichtung
der Fotopolymer-Druckplatte mit einem Belichtungspunkt, der entsprechend
der gewünschten
Auflösung
von 1000 Belichtungspunkten/cm einen 50%-Durchmesser d = 10 μm entsprechend dem Linienabstand
a = 10 μm
hat, und mit einer Energiedichte im Bereich der zweiten Belichtungsschwelle
M2 von HN = 0,8 Ws/m2,
um die Polymerstruktur genügend
zu verfestigen, eine Linienbreite b = 11,5 μm erzeugt. Die Bildlinien werden
zu breit und überlappen
sich zu stark. Aus den Kurven kann man weiter entnehmen, dass eine
angestrebte Linienbreite b = 10 μm für die gewählte Energiedichte
HN mit einem 50%-Durchmesser d = 7,7 μm zu erreichen
ist. Die Fotopolymer-Druckplatte muss also mit einem kleineren Belichtungspunkt
als beispielsweise eine Silberhalogenid-Druckplatte belichtet werden,
wenn die Belichtung über
die erste Belichtungsschwelle M1 hinaus erhöht wird, um eine große Auflagenhöhe durch
die ausreichende Verfestigung der Polymerstruktur in der belichteten Druckplatte
zu erzielen. Quantitativ wird der benötigte 50%-Durchmesser d des
Belichtungspunktes erfindungsgemäß nach dem
beschriebenen Verfahren aus der Leistungsdichteverteilung über die
Fläche
des Belichtungspunktes ermittelt. Der 50%-Durchmesser d des Belichtungspunktes
kann durch eine Veränderung
der Abbildungsgeometrie eingestellt werden, beispielsweise durch
die Veränderung
des Abstands zwischen dem Laser 8 und der Abbil dungsoptik 10 (2).
Wie aus den Gleichungen (9) und (10) hervorgeht, kann die Linienbreite
b bei einem gegebenen 50%-Durchmesser d des Bildpunktes und bei
einer gegebenen Belichtungsgeschwindigkeit v des Laserstrahls auch
durch die Veränderung
der Laserleistung P eingestellt werden. Diese Möglichkeit, die Linienbreite
b an die gewünschte
Auflösung
und damit an den gewünschten
Bildlinienabstand a anzupassen, wird aus Kostengründen bevorzugt.
Eine feinstufige Verstellmöglichkeit
der Abbildungsgeometrie, um den 50%-Durchmesser d bei einer festen
Energiedichte HN jeweils optimal an die
gewünschte
Auflösung
anzupassen, ist erheblich aufwendiger. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform
ist auch die Kombination der beiden Einstellmöglichkeiten, eine Einstellung
des 50%-Durchmessers
in wenigen groben Stufen durch die Veränderung der Abbildungsgeometrie
und eine feinstufige Anpassung der Linienbreite b durch die Veränderung
der Laserleistung.
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Das
Verfahren zur Berechnung der Linienbreite b kann in entsprechender
Weise für
beliebige Formen des Laserstrahlprofils angewendet werden, d. h.
auch für
Strahlprofile, die nicht einer Gaußkurve folgen, oder für Strahlprofile,
die nicht rotationssymmetrisch sind.
verwendet wird.