DE4441341C2

DE4441341C2 - Trommelbelichter oder Trommelscanner

Info

Publication number: DE4441341C2
Application number: DE19944441341
Authority: DE
Inventors: Edzard Dipl Ing Leffers
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1994-11-08
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1996-09-19
Anticipated expiration: 2014-11-09
Also published as: DE4441341A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Trommelbelichter oder Trommelscanner mit einer Laserbelichtungseinrichtung und einer Elektronikeinheit, wobei die Laserbelichtungseinheit einen Strahlengang, ausgehend von dem Laser über eine Spiegelanordnung, einen Modulator, ein Korrektur-Objektiv und einen Kollimator bildet und der Lichtstrahl auf einen mit hoher Geschwindigkeit drehenden Mono- oder Doppelspiegel trifft, dessen Winkel zur Drehachse 45° beträgt, so daß der abgelenkte Lichtstrahl auf einem kreissegmentförmig liegenden, zur Drehachse konzentrischen Film oder auf ein kreissegmentförmig liegendes, zur Drehachse ebenfalls konzentrisch liegendes Abtastobjekt trifft und dort jeweils punktförmig fokussiert ist.

Es ist bekannt (EP 0 126 469 A2), einen Trommelbelichter (der auch als Trommelscanner eingesetzt werden kann) mit einer Laser-Belichtungseinrichtung und einer Elektronikeinheit zu gestalten, wobei die Laser-Belichtungseinrichtung einen Strahlengang bildet, der von einem Laser ausgeht, über eine Spiegelanordnung, einen Modulator, ein Korrekturobjektiv und auf einen mit hoher Geschwindigkeit drehenden Mono- oder Doppelspiegel gelenkt wird, dessen Winkel zur Drehachse 45° beträgt, so daß der abgelenkte Lichtstrahl theoretisch auf einen kreissegmentförmig liegenden, zur Drehachse konzentrischen Film (oder auf ein kreissegmentförmig liegendes Abtastobjektiv) trifft und dort jeweils punktförmig fokussiert ist.

Ein Trommelbelichter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist aus der DE 42 17 238 A1 bekannt.

Aus der DE 39 40 694 C2 ist die Verwendung von Prismen zur Korrektur von Positions fehlern in einem optischen Strahlengang bekannt. Hierzu ist eine Strahlengang-Justier- Einrichtung beschrieben, bei der der Laserstrahl mehr oder weniger auf einer Stelle verharrt. Davon abgesehen, wird eine Ablenkeinrichtung, bestehend aus einem optischen Keil, der mittels eines Elektromotors inkliniert wird, vorgeschlagen. Der Fachmann würde eine solche Keilverstellung schon deswegen in bezug auf die gestellte Aufgabe nicht beachten, weil der Keil-Elektromotor mit 16 000 oder 25 000 Umdrehungen als Ganzes mitrotieren müßte, so daß die Zentrifugalkräfte eine Zerstörung des Gerätes verursachen könnten.

Ferner ist eine Abtastvorrichtung zum punktweisen optischen Überstreichen einer Vorlage bekannt (DE 40 14 837 A1), wobei ein Laser als Lichtquelle durch eine erste Optik und einen AOM (acoustic wave optical modulator) ein Strahlenbündel erzeugt, das fokussiert wird, wobei der AOM gezielt eine Intensitätsveränderung vornehmen kann. Eine solche Vor richtung ist jedoch auf das Scannen von zylinderförmigen Bildebenen gerichtet, was bisher als ein ungelöstes Problem angesehen wurde. Dabei werden scharf begrenzte und quadratische oder elliptische Spots erzeugt. Die bekannte Vorrichtung steht daher nicht mit dem Ziel in Einklang, Strahlengangfehler zu berücksichtigen.

Die Herstellung des Mono- und in noch stärkerem Maße des Doppelspiegels bringt es angesichts der geforderten Genauigkeit im µ-Bereich mit sich, daß, abgesehen von Unebenheiten des Spiegels, auch der von ihm eingenommene Winkel (die 45° zur Drehachse) nur mit einer gewissen Abweichung erreicht werden kann. Diese Abweichung hat z. B. bei einem Doppelspiegel einen ungleichen Abstand des durch den bewegten Schlitten mit der Optik sich ergebenden Steigungsweges zur Folge. Die Abweichung würde letztlich zu streifigen Rastern führen (z. B. Bilder), und bei Texten ergeben sich unterschiedliche Strichstärken in der Scan-Achse. Beide Druckobjekte wären daher unbrauchbar.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Abbildung des fokussierten Lichtpunktes auf dem segmentförmigen Film mit höchster Genauigkeit senkrecht zur Drehachse des rotierenden Spiegels zu bewirken, um dadurch streifenfreie Bilder und gleichförmige Strichstärken bei Schriftzeichen belichten oder scannen zu können.

Die gestellte Aufgabe wird auf der Grundlage des eingangs bezeichneten Trommelbelichters oder Trommelscanners erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Mono- bzw. Doppelspiegel ein optisches Prisma, das mit dem Mono- bzw. Doppelspiegel synchron rotiert, im Strahlengang vorgeschaltet ist, daß das Prisma eine Eingangsfläche aufweist, die zur Ausgangsfläche unter einem Prismenwinkel verläuft, der eine dem Ablenkfehler der Spiegelfläche entsprechende Größe zur Kompensation eines von der Sollposition auf dem Film abweichenden Auftreffpunktes auf dem Film bzw. dem Abtastobjekt besitzt. Die mit dieser Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Lichtpunkte über einen Doppelspiegel exakt im µ-Bereich (kleiner als 100 Nanometer) auf den Film gebracht werden können und daß bei einem Doppelspiegel die beiden Laser-Impulsstrahlen, die über den Umfang betrachtet im 180°-Abstand aufeinanderfolgen, exakt aufeinandertreffen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 2 angegeben. Die Weiterbildung nach Anspruch 2 besteht darin, daß bei einem Doppelspiegel ein Prisma mit einer Eingangsfläche und mit zwei gegenläufig zueinander verlaufenden Ausgangsflächen, die jeweils unter dem gleichen Winkel zur gemeinsamen Eingangsfläche verlaufen, vorgeschaltet ist. Diese Maßnahme ermöglicht es, daß bei einem Doppelspiegel ein Doppelprisma mit aufeinanderliegenden Basisflächen und gleichen Prismenwinkeln vorgeschaltet ist. Wie im weiteren noch beschrieben werden wird, gestattet diese Ausführungsform bei von der theoretischen Lage abweichenden Lagen des Doppelspiegels sowie aus der optischen Achse verschobenen Abbildungsoptiken dennoch, mit beiden fokussierten Laser-Strahlimpulsen die am Umfang des Films im Abstand von 180° aufeinanderfolgen, mittels einer kontinuierlichen Vorschubbewegung in gleichbleibendem Abstand zu belichten bzw. zu scannen. In einer weiteren Variante der Ausführung ist es möglich, die Prisma- Eingangs- und -Ausgangsflächen als sphärische Flächen auszuführen und hiermit neben der bereits genannten vorteilhaften Laser-Justage gleichzeitig eine Fokussierung des Laserstrahls für die Punktgröße der Belichtung zu erzielen. Hierdurch entfällt die Justage der unkorrekt positionierten Fokuslinsen, die nach der Spiegelfläche geschaltet sind. Des weiteren wirken die Zentrifugalkräfte längs zur Linse und diese kann entsprechend dünnwandiger ausgeführt werden, was den besonderen Vorteil bringt, daß der Spiegelkopf im Gewicht erheblich reduziert wird.

Eine weitere Verbesserung der Erfindung besteht darin, daß das optische Prisma zur Drehachse des Mono- oder des Doppelspiegels kippbar in einer Halterung gelagert ist. Diese Gestaltung begünstigt eine Grundkorrektur bzw. Justierung, d. h. eine bestmögliche Einstellung des Prismas zu dem Doppelspiegel.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Gesamtablenkung gleich der Summe aus dem Prismenwinkel und der Differenz aus dem Ausfallwinkel der zweiten Fläche minus dem Ausfallwinkel der ersten Fläche ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht des rotierenden Spiegelkopfes mit den aus dem Kollimator ankommenden Laserstrahlen,

Fig. 2 ein dem Spiegelkopf vorgeschaltetes Prisma in einer Grundstellung,

Fig. 3 das gemäß Fig. 2 vorgeschaltete Prisma unter einem Kippwinkel k,

Fig. 4 das Prisma mit einem Kippwinkel k vor einem Doppelspiegel,

Fig. 5 das Prisma in seiner Grundstellung und

Fig. 6 eine alternative Ausführungsform des rotierenden Spiegelkopfes ohne ein Linsensystem.

Der aus einem Kollimator austretende Strahlengang 1 trifft bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel eines Doppelspiegels 2 auf dessen Spiegelflächen 2a, deren Ablenkung durch das Material des Spiegels und/oder durch die Winkellage des Winkels 3 zur Drehachse 4 fehlerbehaftet oder korrekturbedürftig ist. Der Mono- oder Doppelspiegel 2 wird durch einen Spiegelmotor 4a mit ca. 16 000 bis 30 000 U/min drehangetrieben.

Der abgelenkte Lichtstrahl 5 trifft auf einen segmentförmig und konzentrisch zur Drehachse liegenden Film 6 (oder auf ein Abtastobjektiv). Dabei entsteht ein fokussierter Lichtpunkt 7, der dem um 180° nach- oder voreilenden genau entsprechen muß, so daß beide Auftreffpunkte 7a auf einer diametralen Linie liegen (Fig. 1).

Um nicht vermeidbare Fehler der Winkellage der Spiegelflächen 2a und der nicht auf der optischen Achse befindlichen optischen Mitte der Fokussierlinsen 12 und 12a zu kompensieren, ist ein optisches Prisma 8 vorgesehen, das je nach Verwendung eines Monospiegels oder eines Doppelspiegels 2 mit einer Eingangsfläche 9 und einer oder zwei Ausgangsflächen 10 versehen ist und zur Einstellung eines Kippwinkels k in einer schwenkbaren Halterung 11 befestigt ist. Im Ausführungsbeispiel dient hierzu eine etwa gabelförmige Halterung 11 mit einer auf der Drehachse 4 liegenden Schwenkachse (Fig. 1).

Die durch Fertigungstoleranzen abgelenkten Strahlen werden nunmehr durch Vorschaltung des optischen Prismas 8 aufgefangen, dessen Eingangsfläche 9 zur Ausgangsfläche 10 unter einem Prismenwinkel a verläuft (Fig. 2 bis 4).

Im weiteren sind folgende Benennungen verwendet:

a = Prismenwinkel
d = Gesamtablenkung
k = Kippwinkel
E1 = Einfallwinkel an erster Fläche 9
E1′ = Ausfallwinkel an erster Fläche 9
E2 = Einfallwinkel an zweiter Fläche 10
E2′ = Ausfallwinkel an zweiter Fläche 10.

Es gilt sonach folgende Gleichung

d = a + E2′ - E1′

und

E1 oben = E1 unten
E1′ oben = E1′ unten
E2 oben = E1′ - a
E2 unten = E1′ + a
E2′ = arc sin (sin (E2) × n)
d d = d oben + d unten.

Anhand des folgenden Ausführungsbeispiels können die einzelnen Winkelfehler wie folgt ermittelt werden. Zugrundegelegt sind folgende Werte:

a = 10 Grad
k = 15 Grad
n_glas = 1,52
E1 = 15 Grad
E1′ = arc sin (sin 15 Grad/1,52)
E2 oben = E1′-a
E2 unten = E1′ + a
E2′ = arc sin (sin E 2 × 1,52)
E1′ = 9,804 Grad
E2 oben = -0,196 Grad
E2 unten = 19,804 Grad

E2′ oben = -0,294 Grad
E2′ unten = 30,996 Grad
d oben = a + E2′ - E1
d unten = a + E2′ - E1
d d = d oben + d unten

d oben = -5,298 Grad
d unten = 5,996 Grad
d d = 0,698 Grad.

Bezugszeichenliste

1 Strahlengang
2 Mono- oder Doppelspiegel
2a Spiegelfläche
3 Winkel zur Drehachse
4 Drehachse
4a Spiegelmotor
5 abgelenkter Lichtstrahl
6 konzentrischer Film/Abtastobjektiv
7 Lichtpunkt/Abtastpunkt
7a Rotationsachse, Fokuspunkt
8 optisches Prisma
9 Eingangsfläche
10 Ausgangsfläche
11 Halterung
12 Linsen
12a optische Achse der Linse
13 erste Fläche/Einfall
14 erste Fläche/Ausfall
15 zweite Fläche/Einfall
16 zweite Fläche/Ausfall
a) Prismenwinkel
d Gesamtablenkung
k Kippwinkel
E1 Einfallwinkel erste Fläche 13
E1′ Ausfallwinkel erste Fläche 14
E2 Einfallwinkel zweite Fläche 15
E2′ Ausfallwinkel zweite Fläche 16

Claims

1. Trommelbelichter oder Trommelscanner mit einer Laser-Belichtungseinrichtung und einer Elektronikeinheit, wobei die Laser-Belichtungseinrichtung einen Strahlengang, ausgehend von dem Laser über eine Spiegelanordnung, einen Modulator, ein Korrektur-Objektiv und einen Kollimator bildet und der Lichtstrahl auf einen mit hoher Geschwindigkeit drehenden Mono- oder Doppelspiegel trifft, dessen Winkel zur Drehachse 45° beträgt, so daß der abgelenkte Lichtstrahl auf einem kreissegmentförmig liegenden, zur Drehachse konzentrischen Film oder auf ein kreissegmentförmig liegendes, zur Drehachse ebenfalls konzentrisch liegendes Abtastobjekt trifft und dort jeweils punktförmig fokussiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Mono- bzw. Doppelspiegel (2) ein optisches Prisma (8), das mit dem Mono- bzw. Doppelspiegel (2) synchron rotiert, im Strahlengang (1) vorgeschaltet ist, daß das Prisma (8) eine Eingangsfläche (9) aufweist, die zur Ausgangsfläche (10) unter einem Prismenwinkel (a) verläuft, der eine dem Ablenkfehler der Spiegelfläche (2a) entsprechende Größe zur Kompensation eines von der Sollposition auf dem Film abweichenden Auftreffpunktes (7a) auf dem Film (6) bzw. dem Abtastobjekt besitzt.

2. Trommelbelichter oder Trommelscanner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Doppelspiegel (2) ein Prisma (8) mit einer Eingangsfläche (9) und mit zwei gegenläufig zueinander verlaufenden Ausgangsflächen (10), die jeweils unter dem gleichen Winkel (a) zur gemeinsamen Eingangsfläche (9) verlaufen, vorgeschaltet ist.

3. Trommelbelichter oder Trommelscanner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Prisma (8) zur Drehachse (4) des Mono- oder des Doppelspiegels (2) kippbar in einer Halterung (11) gelagert ist.

4. Trommelbelichter oder Trommelscanner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtablenkung (d) gleich der Summe aus dem Prismenwinkel (a) und der Differenz aus dem Ausfallwinkel (E2′) der zweiten Fläche (15) minus dem Ausfallwinkel (E1′) der ersten Fläche (13) ist.