DE19955107A1

DE19955107A1 - Thermisches Aufzeichnen mit variabler Energiedichte

Info

Publication number: DE19955107A1
Application number: DE19955107A
Authority: DE
Inventors: Daniel Gelbart
Original assignee: Creo Inc; Creo Products Inc
Current assignee: Kodak Graphic Communications Canada Co
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-11-16
Publication date: 2000-11-09
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: US6266080B1; JP2000318195A; DE19955107B4

Abstract

Die Energiedichte eines Lichtpunktes, der zum Erzeugen von Bildern auf einem wärmeempfindlichen Material während eines Aufzeichnungsvorganges verwendet wird, wird ohne Änderung der Gesamtenergie, der Überstreichgeschwindigkeit oder der Auflösung geändert. Eine Änderung der Energiedichte wird dadurch erreicht, daß die optische Auflösung größer als die Adressierbarkeit eingestellt wird und der optische Punkt gewobbelt wird, um jedes Pixel zu schreiben. Wenn der optische Punkt eine Rechteckform besitzt, kann ein quadratisches oder rechteckförmiges Pixel erzeugt und die Energiedichte durch Ändern der Breite des Rechtecks in die Überstreichrichtung verändert werden. Ein durch einen Laser bestrahltes Lichtventil kann verwendet werden, um rechteckförmige Lichtpunkte für den Gebrauch in der Erfindung bereitzustellen. Ein optisches Vorsatzanamorphot in der Vorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt die Breite eines rechteckförmigen Lichtpunktes ohne Änderung der Gesamtenergie, die den Lichtpunkten zugeführt wird, ein.

Description

Technischer Gegenstand

Die vorliegende Erfindung betrifft das Aufzeichnen von Bildern mit Licht. Ins besondere bezieht sich die Erfindung auf das Aufzeichnen von Bildern auf Thermomaterial, das auch als thermographisches Aufzeichnen oder Aufzeichnen im Wärmemodus bekannt ist.

Hintergrund

Bilder können durch Überstreichen oder Führen bzw. Scannen einer oder mehrerer Lichtpunkte bzw. Lichtflecken ("Aufzeichnungspunkte") über ein photosensitives bzw. lichtempfindliches ("photonisches" bzw. "photonic") oder thermosensitives bzw. wärmeempfindliches Material aufgezeichnet werden. Beim Aufzeichnen von Bildern auf lichtempfindliche Materialien, wie Silberhalogenidfilme, Druckplatten, Photoresists und dergleichen ist die Bestrahlungsrate oder die Verweilzeit des Aufzeichnungspunktes (üblicherweise ein Laserpunkt) von geringer Bedeutung, so lang die Gesamtbestrahlung richtig ist. Dies ist als das "Gesetz der Reziprozität" gut bekannt. Die durch einen überstreichenden Aufzeichnungspunkt erzeugte Energie oder Bestrahlung bzw. Belichtung ist das Produkt aus der Leistung, die durch das Licht in den Aufzeichnungspunkt geführt wird, multipliziert mit der Zeit, während der der Aufzeichnungspunkt einen Bereich bestrahlt bzw. belichtet. Die Leistung wird üblicherweise in Watt und die Energie oder Bestrahlung bzw. Belichtung in Joules oder Wattsekunden gemessen.

Wenn Bilder auf Thermomaterialien oder Materialien für den Wärmemodus aufgezeichnet werden, ist die Rate bzw. Geschwindigkeit, mit der die Bestrahlung ausgeführt wird, kritisch. Derartige Materialien werden durch Anheben ihrer Temperaturen auf eine Temperatur, welche über einer Schwellwerttemperatur liegt, bestrahlt bzw. belichtet. Eine geringe Bestrahlungsrate (geringe Energie für eine lange Zeit) führt nicht zu der gewünschten Zunahme der Temperatur, da der größte Teil der Wärme abfließt oder verschwindet bzw. sich zerstreut. Auf der anderen Seite kann die Verkürzung der Bestrahlungs- bzw. Belichtungszeit und der Einsatz eines hohen Energiepegels dazu führen, daß das bestrahlte Material zerfällt oder ablatiert. Dies erzeugt Abfall und wird dazu führen, daß das Material nicht richtig arbeitet (sofern nicht das Material dafür vorgesehen ist, durch Ablation zu wirken). Das zuletzt genannte Problem existiert nicht bei photonischen bzw. lichtempfindli chen Materialien, da diese üblicherweise eine verhältnismäßig geringe Gesamt bestrahlung erfordern.

Wenn ein Bestrahlungs- bzw. Belichtungssystem eine spezifische Überstreichungs geschwindigkeit bzw. Überstreichungsrate bereitstellen muß (um einen gewünsch ten Durchsatz oder eine gewünschte Produktivität zu erzielen) und das Material eine bestimmte Empfindlichkeit besitzt (üblicherweise angegeben in Joules/cm²), bestimmen diese beiden Parameter die erforderliche Bestrahlungs- bzw. -Belich tungsleistung. Wenn während einer Sekunde X cm² bestrahlt bzw. belichtet werden müssen, muß die zugeführte Energie zumindest das "X"-fache der Material empfindlichkeit betragen. Für die meisten Materialien, die bei dem thermischen Imaging bzw. thermischen Abbilden verwendet werden, liegt die Empfindlichkeit im Bereich von 0,1-1 Joule/cm² und die Schreibgeschwindigkeiten bei 10-100 cm²/sek. Dies erfordert eine Schreibleistung im Bereich von 1-100 W. Wenn dieser Leistungspegel bzw. Energiepegel in einem einzelnen, stark fokussierten Laserstrahl zum Schreiben hoch auflösender Merkmale zugeführt wird (beispiels weise 1-20 µm), ist die Energiedichte des Strahls (ausgedrückt in Watt/cm²) sehr hoch und verursacht eine Ablation.

Bekannte Lösungen zum Beibehalten des Durchsatzes ohne Steigerung der Energiedichte auf nicht akzeptierbare hohe Pegel beinhalten ein Aufteilen des Laserstrahls in viele Parallelstrahlen (oder Verwenden vieler paralleler Laser), von denen jeder einen geringeren Energiepegel besitzt und langsamer über das Material geführt wird bzw. dieses überstreicht. Dies verringert die Energiedichte pro Punkt bzw. Fleck. Bei derartigen Mehrfachpunktsystemen ist es schwierig, die Energie dichte zu ändern, wenn der Energiepegel einmal eingestellt ist (um eine gewünschte Abbildungs- bzw. Imaginggeschwindigkeit zu erzielen).

Eine weitere bekannte Lösung, die in Fig. 1 gezeigt ist, verwendet Punkte, welche größer sind als die erforderliche Adressierbarkeit, die als "a" in Fig. 1 gezeigt ist. Digitale Bilder werden aus Pixeln hergestellt, wobei normalerweise jeder Pixel wahlweise bestrahlt bzw. belichtet oder nicht bestrahlt bzw. nicht belichtet werden kann (d. h. die Adressierbarkeit ist ein einzelner Pixel). Bereitstellen eines Aufzeichnungspunktes, der größer ist als die Pixels, welche bestrahlt bzw. nicht belichtet werden sollen, verringert die Energiedichte in dem Punkt. Jedoch besteht ein großer Nachteil dieses Verfahrens in dem Auflösungsverlust, der auftritt, da jeder Punkt größer als ein einzelnes Pixel ist.

Ein weiteres Verfahren zum Steuern der Energiedichte besteht darin, die Laser zu pulsen, um die durchschnittliche Energiedichte einzustellen. Das Pulsen neigt aber dazu, die Zuverlässigkeit der Laser zu verringern.

Es besteht Bedarf für Bildaufzeichnungsvorrichtungen, welche einen großen Bereich an Thermomaterialien belichten bzw. abbilden können. Es besteht insbesondere Bedarf für solche Vorrichtungen, welche eine variable Energiedichte ohne Beeinflussung der Auflösung, der Energie oder der Schreibgeschwindigkeit bereitstellen. Es ist darüber hinaus manchmal wünschenswert, hohe Energiedichten ohne Änderung in der Auflösung, der Energie oder des Lasertastgrads oder Lasertastzyklus zu erzielen, um ablative Aufzeichnungsmaterialien zu verwenden. Das ideale Bestrahlungs- bzw. Belichtungsverfahren würde ermöglichen, die Energiedichte von sehr hoch (für ablative Materialien, die Energiedichten im Bereich von 1 MW/cm² erfordern können) zu niedrig (für Materialien, welche chemischen Reaktionen unterliegen, wenn sie bestrahlt werden, und welche Energiedichten von weniger als 200 KW/cm² erfordern können) zu ändern.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Bestrahlen bzw. Belichten eines Thermoaufzeichnungsmaterial bereit, das es erlaubt, die Energiedichte ohne Beeinflussung anderer Belichtungs- bzw. Abbildungs- oder Imagingparameter zu verändern. Das Verfahren verwendet einen optischen Punkt oder Bildpunkt, der kleiner ist als die Adressierbarkeit des Belichtungs- bzw. Abbildungsvorgangs, und führt diesen Punkt über den Bereich jedes Pixels, um jedes einzelne Pixel zu erzeugen. Ein Pixel wird als das kleinste Element des Bildes gleich einer Einheit der Adressierbarkeit definiert. Wenn der Bildpunkt rechteckförmig mit der langen Abmessung gleich der Adressierbarkeit in einer Richtung senkrecht zu der Überstreich- bzw. Scanrichtung ist, kann die Energiedichte durch Ändern der kurzen Abmessung des Rechtecks geändert werden. So lange wie die kurze Abmessung des Rechtecks kleiner als die Adressierbarkeit in die Überstreichrichtung ist, wird die Auflösung praktisch nicht beeinflußt. Ein zweiter Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Bestrahlungs- bzw. Belichtungsfunktion, die durch einen derartigen rechteckförmigen Punkt erzeugt wird, einen jähen und abrupten Übergang aufweist. Dies unterstützt das Beibehalten der Größe des geschriebenen Pixels sogar dann, wenn sich die Laserenergie oder die Materialempfindlichkeit ändern.

Ein Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zum Erzeugen eines Bildes auf einem Material bereit, das aus mehreren Pixeln aufgebaut ist. Das Verfahren enthält das Erzeugen eines Aufzeichnungspunktes kleiner als ein Pixel in eine Überstreich- bzw. Scanrichtung, das Einstellen einer Energiedichte des Aufzeichnungspunktes in der Weise, daß er zum Schreiben auf einem ausgewählten Material durch Auswählen einer Abmessung des Schreibpunktes in die Überstreichrichtung geeignet ist, und Schreiben eines Pixels auf einem Stück des ausgewählten Materials durch Führen des Schreibpunktes über das Pixel in die Überstreichrichtung. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Aufzeichnungspunkt rechteckförmig und weist eine Länge auf, welche mit einer Höhe des Pixels übereinstimmt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Abbildungs- bzw. Belichtungs- oder Imagingsystem zum Aufzeichnen eines Bildes auf Thermoaufzeichnungsmaterial bereit. Das Belichtungs- bzw. Abbildungssystem enthält eine Lichtquelle, ein optisches System zum Fokussieren von Licht aus der Lichtquelle auf einen Punkt auf einem Thermoaufzeichnungsmaterial, welches zu belichten bzw. abzubilden ist, und einen Überstreich- bzw. Führungsmechanismus zum Führen des Punktes über das zu belichtende bzw. abzubildende Aufzeichnungsmaterial in eine Über streichrichtung. Das Abbildungs- bzw. Belichtungssystem ist dadurch gekenn zeichnet, daß das optische System die Einstellung einer Abmessung des Schreib punktes in die Überstreichrichtung ohne Änderung einer Abmessung des Punktes in eine Richtung senkrecht zu der Überstreichabmessung ermöglicht. Die Abmessung des Lichtpunktes bzw. Punktes in eine Richtung senkrecht zu der Überstreichrichtung stimmt vorzugsweise mit der Höhe der Pixel in dem Bild überein. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist der Punkt rechteckförmig und das optische System in der Lage, eine Einstellung einer kurzen Abmessung des rechteckförmigen Punktes zu ermöglichen.

Weitere Merkmale und Vorteilen sind nachstehend erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungsfiguren

In den Figuren, welche nicht einschränkende Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergeben, ist:

Fig. 1A, 1B die Darstellung eines bekannten Verfahrens zum Aufzeich nen, welches erlaubt, die Energiedichte eines Aufzeich nungspunktes zu verändern;

Fig. 2A, 2B die Darstellung eines Verfahrens zum Aufzeichnen und Ändern der Energiedichte gemäß einem bevorzugten Aus führungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 3A, 3B eine Darstellung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Durchführen eines Vefahrens gemäß einem Ausführungsbei spiel der Erfindung, wobei ein optisches Vorsatz-Annamor phot in das optische System eingesetzt ist, um die Breite eines Abtast- bzw. Scan- oder Überstreichpunktes ein zustellen.

Beschreibung

Es wird nun auf die Fig. 2A, 2B Bezug genommen. Ein aufzeichenbares Material 3 wird von einem Aufzeichnungspunkt 4 überstrichen bzw. gescannt, um ein Bild zu erzeugen, welches aus Pixeln 12 aufgebaut ist, die auf einem Gitternetz 2 liegen. Der Aufzeichnungspunkt 4 bestrahlt bzw. belichtet oder bestrahlt nicht bzw. belichtet nicht wahlweise das Material 3 innerhalb jedes Pixels 12. Die Gitternetz teilung "a" definiert die Adressierbarkeit und die Pixelgröße. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Material 3 ein Thermoaufzeichnungsmaterial und der Punkt 1 einer von mehreren Punkten 4, die gleichzeitig über das Material 3 geführt werden.

Um die hohe Auflösung aufrecht zu halten, ist es wünschenswert, daß der Punkt 4 vollständig innerhalb eines Pixels 12 des Gitternetzes 2 paßt, ohne das er mit anderen Pixeln überlappt, wie es in den Fig. 2A, 2B gezeigt ist. Dies ist ins besondere wichtig für das Thermoaufzeichnen bzw. Aufzeichnen durch Wärme. Das Überlappen stellt einen deutlichen Verlust der Laserenergie dar, da die Temperatur des aufgezeichneten Materials zwischen der Aufzeichnung des ersten Punktes und der Aufzeichnung des Überlappungsbereiches während der Aufzeichnung des zweiten Punktes abfällt. Dieser Wärmeverlust ist vergleichbar mit dem Wärmever lust, welcher auftritt, wenn ein Objekt intermittierend anstatt kontinuierlich erwärmt wird.

In Fig. 2 ist der Punkt 4 ein rechteckförmiger Punkt, welcher eine Länge gleich einer Höhe jedes Pixels 12 und eine Breite w aufweist, die kleiner als die Breite jedes Pixels 12 ist. Der Punkt 4 wird geführt, um den Bereich jedes Pixels 12 (eine Gittereinheit) abzudecken. Das Führen bzw. Scannen wird als Teil des Gesamt führens oder Gesamtscannens bzw. Gesamtüberstreichens des Bildes erreicht. Um ein Bild zu überstreichen, muß der Punkt 4 mit der Geschwindigkeit "v" relativ zu dem Material 3 bewegt werden. Die Relativbewegung kann durch Bewegen des Punktes 4 oder durch Bewegen des Materials 3 (oder des Punktes 4 und des Materials 3) erreicht werden.

Wenn die Überstreichrichtung durch "v" gekennzeichnet und die Breite des recht eckförmigen Punktes 4 "w" ist, beträgt die Verweilzeit des Laserpunktes 4 über jedem Punkt des Materials 3 w/v. Wenn w verringert wird, wird die Verweilzeit verringert und die Energiedichte nimmt zu, da die gesamte Energie des Punktes über einen Bereich von a × w mit gegebener Energiedichte von: P ÷ a × w verteilt wird (wobei P die Energie pro Punkt 4 ist). Die Zunahme von w auf w = a verringert die Energiedichte ohne die Auflösung materiell zu beeinflussen (theoretisch wird die Auflösung überhaupt nicht beeinflußt, wenn das Material binärer Natur ist und einen Schaltpunkt bei jeder Hälfte der Strahlungsspitze aufweist). Wird w < a gesetzt, kann dies darüber hinaus die gewünschte Wirkung des Schärfens der Kanten des Bestrahlpunktes in die Überstreichrichtung besitzen.

Es gibt viele bekannte Verfahren, welche im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zum Erzeugen eines rechteckförmigen Punktes eingesetzt werden können. Ein übliches Verfahren besteht darin, eine rechteckförmige, beleuchtete Öffnung abzubilden bzw. zu belichten. Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen dieser Erfindung wird ein Lichtventil mit einer rechteckförmigen Öffnung verwendet, um einen Strahl aus einem Laser zu modulieren. Die aktive Öffnung der Lichtventile ist üblicherweise rechteckförmig. Die Breite w kann durch Ändern der Öffnung des Lichtventiles oder durch Einführen eines optischen Vorsatz-Anamorphot in das optische System verändert werden, welches die Öffnung auf dem Material belichtet bzw. abbildet. Beispielsweise kann das Anamorphotelement zwischen das Lichtventil und einer Abbildungslinse eingesetzt werden.

Fig. 3 zeigt eine Laserdiode 5, welche ein Lichtventil 6 bestrahlt. Das Lichtventil 6 wird auf dem Material 3 durch die Linse 7 abgebildet, um einen rechteckförmigen Punkt 4 des Lichtes zu bilden. Das Intensitätsprofil des Lichtes in Punkt 4 in Fig. 3A ist durch den schematisch wiedergegebenen Graphen 9 gezeigt. Durch Einsetzen eines Anamorphotelements 8 in den Strahl wird der Punkt 4 in einer Dimension verbreitert, wie es schematisch durch die Darstellung 10 gezeigt ist. Da die Energie in dem Strahl die gleiche bleibt (d. h. die Fläche unter den Graphen 9 und 10 ist gleich), verursacht das Verbreitern des Punktes 4 eine Reduktion in der Energiedichte des Punktes 4.

Das Anamorphotelement β kann ein Prisma, eine zylindrische Linse, ein Gitter oder jedes andere geeignete, optisch anamorphotische Element enthalten bzw. umfassen. Eine Vorrichtung ähnlich der von Fig. 3 kann hergestellt werden, um kontinuierlich die Breite "w" durch Ändern der Position des Elements β gegenüber der Linse 7 in fortlaufender Art kontinuierlich zu verändern.

Wie es für den Fachmann im Lichte der vorstehenden Offenbarung deutlich wird, sind viele Veränderungen und Modifikationen bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung möglich, ohne daß sich von dem Geist oder dem Umfang der Erfindung entfernt wird. Demzufolge wird der Umfang der Erfindung in Übereinstimmung mit der Substanz gebildet, die durch die nachstehenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen eines Bildes, welches aus mehreren Pixeln besteht, auf einem Material, wobei das Verfahren die folgenden Schritte enthält:

a) Erzeugen eines Aufzeichnungspunktes, der in eine Überstreichrich tung kleiner als ein Pixel ist,
b) Einstellen einer Energiedichte des Aufzeichnungspunktes, damit dieser zum Schreiben auf einem ausgewählten Material geeignet ist, durch Auswählen einer Abmessung des Schreibpunktes in die Überstreichrichtung, und
c) Schreiben eines Pixels auf einem Stück des ausgewählten Materials durch Führen des Schreibpunktes über das Pixel in die Überstreich richtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Aufzeichnungspunkt rechteckförmig ist und eine Länge besitzt, welche mit einer Höhe des Pixels übereinstimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein Verhältnis der Breite des Aufzeichnungspunktes zu der Länge des Aufzeichnungspunktes kleiner als oder gleich 1 ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Pixel rechteckförmig sind und die Überstreichrichtung parallel zu den Seiten der Pixel ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Pixel Quadrate sind.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Einstellen der Energiedichte des Punktes das Bewegen eines Vorsatz-Anamorphots enthält, um die Größe des Schreibpunktes in die Überstreichrichtung einzustellen.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Erzeugen des Aufzeichnungspunktes das Bestrahlen eines Lichtventils, das eine rechteckförmige Öffnung aufweist, mit einer Lichtquelle enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Einstellen der Energiedichte des Punktes das Einstellen einer Öffnung des Lichtventils enthält.

9. Abbildungssystem zum Aufzeichnen eines Bildes auf einem Thermoauf zeichnungsmaterial, wobei das System enthält:

a) eine Lichtquelle,
b) ein optisches System zum Fokussieren von Licht aus der Lichtquelle auf einen Punkt auf dem Thermoaufzeichnungspapier, welches zu belichten ist,
c) eine Führeinrichtung zum Führen eines Punktes über das zu belich tende Aufzeichnungsmaterial in eine Überstreichrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß das optische System die Einstellung einer Dimension des Schreibpunktes in die Überstreichrichtung im wesentlichen unabhängig von einer Abmessung des Punktes in eine Richtung senkrecht zu der Überstreichrichtung ermöglicht.

10. Abbildungssystem nach Anspruch 9, bei dem der Punkt rechteckförmig ist und das optische System in der Lage ist, die Einstellung einer kurzen Abmessung des rechteckförmigen Punktes zu ermöglichen.

11. Abbildungssystem nach Anspruch 10, bei dem das optische System ein entfernbares Anamorphotelement enthält.

12. Abbildungssystem nach Anspruch 10, bei dem das optische System ein Anamorphotelement enthält, welches bewegbar ist, um kontinuierlich die kurze Abmessung des rechteckförmigen Punktes einzustellen.

13. Abbildungssystem nach Anspruch 11 oder 12, bei dem das Anamorphotelement aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus einem Prisma, einer zylindrischen Linse und einem Gitter besteht.

14. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem das optische System eine Lichtventil mit einer rechteckförmigen Öffnung aufweist und das optische System die rechteckförmige Öffnung auf dem Thermoaufzeichnungsmaterial abbildet.

15. Abbildungssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem die Lichtquelle einen Laser enthält.