DE19906407A1 - Gravier- oder Belichtungssystem mit Laserstrahl - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gravier- oder Belichtungsgerät mit einem Laserstrahl (10) zum Abtasten der Oberfläche einer zu gravierenden oder zu belichtenden Druckform (2). Im Lichtweg des Laserstrahls ist eine Ablenkvorrichtung (6) angeordnet, die aus mehreren einzelnen Ablenksegmenten besteht, die über den Querschnitt des Laserstrahls verteilt angeordnet sind. Jedes Ablenksegment ist einzeln ansteuerbar, den darauf auffallenden Teilstrahl des Laserstrahls um einen gewünschten Winkel abzulenken. Dadurch ist die Größe und Form jedes einzelnen Rasterpunktes in weitem Umfang frei wählbar.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gravier- oder Belichtungsgerät mit einem Laserstrahl zum Abtasten der Oberfläche einer zu gravierenden oder zu belichtenden Druckform und ein entsprechendes Gravier- oder Belichtungsverfahren.

Im Stand der Technik bekannte Graviersysteme zur direkten Gravur von Tiefdruck­ formen arbeiten entweder mit einem Diamantstichel, einem Elektronenstrahl oder einem Laserstrahl, um Konturnäpfchen, die jeweils einen Rasterpunkt bilden, aus dem Druckformmaterial herauszuarbeiten.

Bei bekannten Laserstrahl-Graviersystemen wird die Größe der Rasterpunkte al­ lein über die Lichtleistung gesteuert, wobei ausgenutzt wird, daß der Durchmesser eines auf der Druckform erzeugten Leuchtflecks indirekt von der Lichtleistung ab­ hängt. Eine Änderung der Lichtleistung beeinflußt jedoch in erster Linie die Strah­ lintensität im Strahlzentrum und damit die Tiefe des Rasterpunktes und erst in zweiter Linie dessen Größe. Daher läßt sich die Größe der Rasterpunkte nur in begrenztem Umfang über die Lichtleistung steuern. Außerdem ist die geometri­ sche Form der Rasterpunkte nicht ohne weiteres veränderlich, da sie durch das Strahlprofil des verwendeten Laserstrahls vorgegeben ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Laserstrahl-Gravier­ system dahingehend zu verbessern, daß die Größe und Form jedes einzelnen Ra­ sterpunktes in weitem Umfang frei wählbar sind.

Diese Aufgabe wird bei einem Laser-Graviergerät erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß im Lichtweg des Laserstrahls eine Ablenkvorrichtung angeordnet ist, die aus mehreren einzelnen Ablenksegmenten besteht, die über den Querschnitt des Laserstrahls verteilt angeordnet sind, wobei jedes Ablenksegment einzeln ansteu­ erbar ist, den darauf auffallenden Teilstrahl des Laserstrahls um einen gewünsch­ ten Winkel abzulenken.

In Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Laserstrahl im Querschnitt in mehrere räumlich getrennte Teilstrahlen unterteilt, die einzeln auf die Oberfläche der Druckform gelenkt werden, um dort einen Rasterpunkt oder mehrere Rasterpunkte gleichzeitig zu erzeugen, deren Größe und Form frei wähl­ bar sind.

Die Ablenkvorrichtung kann zum Beispiel ein Spiegel sein, der aus mehreren ein­ zeln beweglichen Spiegelsegmenten besteht. Solche Spiegel sind als Spiegel mit deformierbarer Oberfläche bekannt und werden in der sogenannten adaptiven Optik verwendet. So ein "deformierbarer" Spiegel besteht z. B. aus mehreren pie­ zoelektrisch angetriebenen Spiegelsegmenten.

Alternativ kann die segmentweise gesteuerte Ablenkung nicht mittels Reflexion an einem Spiegel, sondern mittels Transmission des Laserlichts durch ein elektroop­ tisch aktives Medium erzielt werden. Eine entsprechende Ablenkvorrichtung ist ein sogenannter elektrooptischer Modulator aus mehreren einzeln ansteuerbaren Mo­ dulatorsegmenten. So ein elektrooptischer Modulator enthält zum Beispiel eine Scheibe aus einem transparenten Material, dessen Brechungsindex sich ändert, d. h. die Lichtgeschwindigkeit im Material ändert sich, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird. Auf den einander gegenüberliegenden ebenen Flächen der Scheibe befinden sich transparente Elektroden, die so angesteuert werden, daß die resul­ tierende Feldverteilung die gewünschte Änderung der Wellenfront ergibt.

Bei einem Graviergerät für Tiefdruckzylinder wird die Oberfläche des Zylinders schraubenförmig graviert, indem der Brennpunkt des Laserstrahls langsam die Längsachse des Zylinders entlang geführt wird, während sich der Zylinder dreht. Die erfindungsgemäße Ablenkvorrichtung kann auf einem Wagen angebracht sein, der entlang einer Linie parallel zur Längsachse des Zylinders beweglich ist und auf dem auch der Laser angebracht sein kann. Um die Ablenkvorrichtung möglichst vollständig auszuleuchten, wird sie an einer Stelle im Lichtweg angeordnet, an der der Strahlquerschnitt entsprechend groß ist, zum Beispiel vor einem Objektiv, das den aufgeweiteten Laserstrahl in die Bildebene auf dem Zylinder fokussiert. Das Objektiv wird zum Beispiel so justiert, daß bei genau eben eingestelltem Spiegel gerade der kleinste wirksame Strahlquerschnitt auf der Druckform erzeugt wird. Wird der deformierbare Spiegel ein wenig konvex gemacht, wird der wirksame Strahlquerschnitt größer. Bei einem größeren wirksamen Strahlquerschnitt auf der Druckform wird vorzugsweise gleichzeitig die Lichtleistung heraufgesetzt, so daß die Strahlungsdichte im Bildpunkt im wesentlichen konstant bleibt oder sogar zu­ nimmt, um bei größeren Bildpunkten eine größere Näpfchentiefe zu erzeugen.

Außerdem kann der deformierbare Spiegel so zur Fokussierung verwendet wer­ den, daß nur im fokussierten Fall die Strahlungsdichte zur Gravur ausreicht, wäh­ rend der defokussierte Strahl die Oberfläche der Druckform nicht beeinflußt. Damit kann eine individuelle Näpfchensteuerung erreicht werden.

Als Laser wird vorzugsweise ein gepulst betreibbarer Laser gewählt. Indem pro Rasterpunkt ein kurzer Laserpuls abgegeben wird, kann die Gravur mit gleichför­ migen räumlichen Bewegungen der Spiegelsegmente bzw. des Spiegels ohne ab­ rupte Beschleunigungen und Verzögerungen durchgeführt werden.

Da die einzelnen Spiegelsegmente unabhängig voneinander ansteuerbar sind, können diese nicht nur einen ebenen Spiegel oder einen Konvex- oder Konkav­ spiegel formen, mit denen sich Rasterpunkte mit unterschiedlicher Größe aber im wesentlichen übereinstimmender Form ergeben, sondern die einzelnen Spiegel­ segmente können so verstellt werden, daß die von den einzelnen Spiegelseg­ menten ausgehenden Teilstrahlen Rasterpunkte mit praktisch beliebiger Form und Größe erzeugen.

Dadurch können zum Beispiel bei feinen Rastern mehrere in Richtung der Längs­ achse des Zylinders nebeneinander liegende Linien bei einer Zylinderumdrehung graviert werden. Man kommt dann mit einer geringeren Umfangsgeschwindigkeit aus, was mechanisch einfacher realisierbar ist.

Weiterhin können zum Beispiel alle Spiegelsegmente gemeinsam so angesteuert werden, daß der Laserstrahl um einen bestimmten Winkel in einer bestimmten Richtung geschwenkt werden kann, so daß der Strahl mit unverändertem Strahl­ querschnitt ein wenig abgelenkt wird. Die Ablenkwirkung kann durch eine Winkel- und/oder Höhenverstellung der einzelnen Spiegelsegmente erzielt werden. Bei­ spielsweise können die einzelnen Spiegelsegmente stufenweise in der Höhe ver­ stellt werden, um eine Treppe zu bilden, deren Ablenkwirkung im wesentlichen ei­ nem ebenen Spiegel mit der Neigung der Treppe entspricht. Wenn die Anzahl der Spiegelsegmente groß genug ist, können Beugungs- und/oder Interferenzerschei­ nungen vernachlässigt werden. Außerdem können die einzelnen Spiegelsegmente der Treppe in sich geschwenkt werden, um eine möglichst ebene Fläche zu bilden. Diese Glättungswirkung erreicht man auf besonders einfache Weise durch eine elastische Folie, die die Spiegelsegmente miteinander verbindet und die - elastisch gelagerten - Spiegelsegmente aufeinander ausrichtet. So eine elastische Folie kann auch die Vergleichmäßigung der Oberfläche eines Konvex- oder Konkav­ spiegels oder irgendeiner anderen gewünschten Spiegelform unterstützen. Allge­ mein ausgedrückt kann man eine Spiegelform einstellen, die einen oder mehrere Rasterpunkte mit der gewünschten Größe und Form erzeugt. Die einzustellende Spiegelform kann man durch Fourier-Transformation aus der Intensitätsverteilung im Strahlquerschnitt des Laserstrahls berechnen.

Wegen möglicher Beugungs- und/oder Interferenzerscheinungen kann es ande­ rerseits ungünstig sein, die einzelnen Spiegelsegmente nur zu schwenken und nicht gleichzeitig in der Höhe zu verstellen.

Der auf die beschriebene Weise erzielbare Ablenkwinkel ist groß genug, um bei­ spielsweise eine punktuelle Verlagerung von Konturnäpfchen durchzuführen, die den Schärfeeindruck der Gravur deutlich verbessert. Somit können relativ grobe Raster verwendet werden, was die Gravurzeit verkürzt. Weiterhin können beliebi­ ge, zum Beispiel gedrehte Raster erzeugt werden, wodurch Moiré-Erscheinungen vermieden werden können, die bei heutigen Helioklischografen-Rastern vereinzelt auftreten.

Bei der Auslegung der optischen Komponenten und der Festlegung, wie die ein­ zelnen Spiegelsegmente anzusteuern sind, müssen natürlich mögliche Beugungs- bzw. Interferenzerscheinungen berücksichtigt werden. Hierbei kann man entweder empirisch vorgehen oder explizit die Verstellbeträge der einzelnen Spiegelseg­ mente berechnen, die zu der gewünschten Wellenfront am Ort des jeweiligen Ra­ sterpunktes führen.

Für hohe Graviergeschwindigkeiten muß der deformierbare Spiegel eine hohe An­ sprechgeschwindigkeit haben. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Spiegel mit elektrostatisch angetriebenen Spiegelsegmenten verwendet, die je­ weils mit sehr hoher Geschwindigkeit angesteuert werden können. Außerdem kann so ein Spiegel mit einer sehr hohen Anzahl von Segmenten hergestellt wer­ den.

Das erfindungsgemäße System eignet sich nicht nur zur Lasergravur von Druck­ formen für Tiefdruck, sondern auch zur Belichtung von Thermoplatten für Offset­ druck, das sind Druckplatten, deren wärmeempfindliche oberste Schicht mittels Laserstrahlbelichtung bildpunktweise entfernt werden kann.

Übrigens muß die zu gravierende Oberfläche der Druckform nicht die Außenseite eines Zylinders bilden, sondern kann zum Beispiel auch auf der Innenseite eines Hohlzylinders angeordnet sein, wobei der Laserstrahl vom Inneren des Hohlzylin­ ders her auf die zu gravierende Oberfläche gerichtet wird. Weitere Abtastanord­ nungen, wie sie zum Beispiel bei Scannern verwendet werden, sind ebenfalls möglich.

Es folgt die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Laserstrahl-Graviergerätes mit einem de­ formierbaren Spiegel, und

Fig. 2 einen deformierbaren Spiegel in Draufsicht.

Fig. 1 zeigt einen Tiefdruckzylinder 2 mit einer harten Beschichtung, die mittels ei­ nes Laserstrahl-Graviergerätes zu gravieren ist. Das Laserstrahl-Graviergerät ent­ hält einen Laser 4, einen sogenannten deformierbaren Spiegel 6 und ein Objektiv 8. Der Laser 4 erzeugt einen Laserstrahl 10 mit einem relativ großen Querschnitt, der etwas kleiner als der Querschnitt des Spiegels 6 ist. Der Spiegel 6 reflektiert den Laserstrahl 10 in Richtung auf das Objektiv 8, das den Laserstrahl 10 in einen Brennpunkt 12 auf der Oberfläche des Tiefdruckzylinders 2 fokussiert.

Der Laser 4, der Spiegel 6 und das Objektiv 8 können zusammen auf einem nicht gezeigten Wagen angebracht sein, der parallel zu einer Längsachse 14 des Tief­ druckzylinders 2 verfahrbar ist, so daß sich der Brennpunkt 12 des Laserstrahls 10 entlang einer schraubenförmigen Linie über die Oberfläche des Tiefdruckzylinders 2 bewegt, wenn sich der Tiefdruckzylinder 2 dreht.

Wie in der Draufsicht von Fig. 2 gezeigt, ist der Spiegel 6 in mehrere Spiegel­ segmente 16 unterteilt, die für eine gute Flächenausnutzung das dargestellte Wa­ benmuster bilden können, aber auch anders angeordnet sein können. Die Anzahl der Spiegelsegmente 16 kann viel größer sein als in der schematischen Darstel­ lung von Fig. 2. Außerdem können die Spiegelsegmente 16 verschieden groß sein, beispielsweise in der Mitte des Spiegels 6 größer sein als am Rand. Die Spiegelsegmente 16 sind auf einer gemeinsamen Trägerplatte 18 angebracht. Zwischen jedem Spiegelsegment 16 und der Trägerplatte 18 befindet sich wenig­ stens ein piezoelektrischer oder elektrostatischer Aktuator (nicht gezeigt), mit des­ sen Hilfe das Spiegelsegment 16 in wenigstens einer, vorzugsweise zwei Raum­ richtungen um einen kleinen Winkel schwenkbar ist. Den Aktuatoren werden ent­ sprechende Steuerspannungen 20 (Fig. 1) zugeführt. Die Aktuatoren werden ge­ meinsam so angesteuert, daß eine Strahlablenkung in wenigstens einer, vorzugsweise zwei Raumrichtungen erfolgt.

Es wird nun der Betrieb des oben beschriebenen Laserstrahl-Graviergerätes be­ schrieben.

Während sich der Tiefdruckzylinder 2 dreht und der Wagen mit dem Laser 4, dem Spiegel 6 und dem Objektiv 8 darauf langsam parallel zur Längsachse 14 des Tiefdruckzylinders 2 bewegt wird, gibt der Laser 4 schnell aufeinanderfolgende Laserpulse ab, die jeweils einem zu erzeugenden Rasterpunkt auf der Oberfläche des Tiefdruckzylinders 2 entsprechen.

Die Gesamt-Strahlintensität und/oder die Strahldauer für jeden einzelnen Raster­ punkt wird durch entsprechende Ansteuerung des Lasers 4 auf der Grundlage von Bilddaten festgelegt.

Die Größe und Form jedes einzelnen Rasterpunktes wird anhand der gleichen Bilddaten festgelegt, indem die Steuerspannungen 20, die den Aktuatoren der Spiegelsegmente 16 zugeführt werden, so eingestellt werden, daß der Brennfleck am Brennpunkt 12 des Laserstrahls 10 die gewünschte Größe und Form annimmt.

Die variable Form und Größe des Brennflecks in Verbindung mit der variablen Lichtleistung ermöglicht es, an jedem Rasterpunkt ein Näpfchen von praktisch be­ liebiger Größe und Kontur herzustellen.

Claims (16)

1. Gravier- oder Belichtungsgerät mit einem Laserstrahl zum Abtasten der Oberfläche einer zu gravierenden oder zu belichtenden Druckform, dadurch gekennzeichnet, daß im Lichtweg des Laserstrahls (10) eine Ablenkvorrich­ tung (6) angeordnet ist, die aus mehreren einzelnen Ablenksegmenten (16) besteht, die über den Querschnitt des Laserstrahls verteilt angeordnet sind, wobei jedes Ablenksegment einzeln ansteuerbar ist, den darauf auffallen­ den Teilstrahl des Laserstrahls um einen gewünschten Winkel abzulenken.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrich­ tung ein Spiegel (6) ist, der mehrere einzeln bewegliche Spiegelsegmente (16) enthält.

3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelsegmente (16) piezoelektrisch oder elektrostatisch angetrieben werden.

4. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkvorrich­ tung (6) ein elektrooptischer Modulator ist, der mehrere einzeln ansteuerba­ re Modulatorsegmente enthält.

5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Laser (4) für Pulsbetrieb vorgesehen ist.

6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsleistung des Lasers steuerbar ist.

7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß sich die Oberfläche der Druckform (2) entlang der Mantelfläche ei­ nes Zylinders erstreckt und um die Längsachse (14) des Zylinders drehbar ist und daß die Ablenkvorrichtung (6) entlang einer Linie parallel zur Längs­ achse des Zylinders beweglich ist.

8. Graviergerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckform (2) eine Druckform für Tiefdruck ist.

9. Belichtungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Druckform eine Thermo-Druckform für Offsetdruck ist.

10. Verfahren zum Gravieren oder zum Belichten einer Druckform mittels eines Laserstrahls, mit dem die Oberfläche der Druckform abgetastet wird, da­ durch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl (10) im Querschnitt in mehrere räumlich getrennte Teilstrahlen unterteilt wird, die einzeln auf die Oberflä­ che der Druckform (2) gelenkt werden, um dort einen Rasterpunkt oder mehrere Rasterpunkte gleichzeitig zu erzeugen, deren Größe und Form frei wählbar sind.

11. Verfahren nach Anspruch 10, zum Gravieren einer Druckform (2) für Tief­ druck.

12. Verfahren nach Anspruch 10, zum Belichten einer Thermo-Druckform für Offsetdruck.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rasterpunkt durch einen Laserpuls erzeugt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rasterpunkt durch mehrere Laserpulse erzeugt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rasterpunkte durch einen einzelnen Laserpuls erzeugt wer­ den.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleistung der Laserpulse veränderlich ist.