DE69331023T2

DE69331023T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Laserbebilderung

Info

Publication number: DE69331023T2
Application number: DE69331023T
Authority: DE
Inventors: John P. Gardiner; John F. Kline; Thomas E. Lewis; Frank G. Pensavecchia; Richard A. Williams
Original assignee: Presstek LLC
Current assignee: Presstek LLC
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1993-07-20
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2013-07-21
Also published as: CA2100413C; DE69331023D1; EP0580394B1; AU6447996A; ATE199680T1; AU693036B2; EP0580394A3; US5351617A; ATE207413T1; CA2100413A1; AU4178493A; DE69330014D1; EP0963840A1; AU669370B2; EP0580394A2; JP2648081B2; DE69330014T2; EP0963840B1; JPH06186750A

Description

Die Erfindung betrifft eine Druckvorrichtung und ein Drucksystem zur Bebilderung von Flachdruckplatten innerhalb oder außerhalb einer Druckmaschine unter Anwendung eines digital gesteuerten Laserausgangsstrahls.
Zu den herkömmlichen Verfahren zum Aufbringen eines Druckbildes auf ein Aufzeichnungsmaterial gehören Buchdruck, Tiefdruck und Offsetlithographie. Alle diese Druckverfahren erfordern eine Platte, die gewöhnlich der Effizienz wegen auf einen Plattenzylinder einer Rotationsdruckmaschine geladen wird, um Druckfarbe in der Struktur des Bildes zu übertragen. Beim Buchdruck wird die Bildstruktur auf der Platte in Form von erhabenen Bereichen dargestellt, die Druckfarbe annehmen und sie durch Abdruck auf das Aufzeichnungsmedium übertragen. Dagegen enthalten Tiefdruckzylinder Reihen von Vertiefungen oder Einkerbungen, die Druckfarbe zum Aufbringen auf das Aufzeichnungsmedium annehmen; überschüssige Druckfarbe muß vor dem Kontakt zwischen dem Zylinder und dem Aufzeichnungsmedium durch eine Rakel oder eine ähnliche Vorrichtung vom Zylinder entfernt werden.
Im Falle der Offsetlithographie ist das Bild als Muster bzw. Struktur von farbannehmenden (oleophilen) und farbabweisenden (oleophoben) Oberflächenbereichen auf einer Platte oder Matrize vorhanden. Bei einem Trockendrucksystem wird die Platte einfach eingefärbt, und das Bild wird auf ein Aufzeichnungsmaterial umgedruckt; die Platte kommt zunächst in Kontakt mit einer nachgiebigen Zwischenfläche, die als Gummi(tuch)zylinder bezeichnet wird, der seinerseits das Bild auf das Papier oder ein anderes Aufzeichnungsmedium aufbringt. In typischen Bogendruckmaschinensystemen wird das Aufzeichnungsmedium auf einen Druckzylinder aufgenadelt, der es in Kontakt mit dem Gummizylinder bringt.
In einem Naßlithographiesystem sind die bildfreien bzw. nichtdruckenden Stellen hydrophil, und die notwendige Farbabweisung wird erreicht, indem vor dem Einfärben zunächst ein Feuchtmittel (oder "Wischwasser") auf die Platte aufgebracht wird. Das farbabweisende Feuchtmittel verhindert das Anhaften der Druckfarbe an den bildfreien Flächen, beeinflußt aber nicht den oleophilen Charakter der Bildflächen bzw. druckenden Flächen.
Wenn eine Druckmaschine in mehr als einer Farbe drucken soll, ist für jede Farbe eine entsprechende separate Druckplatte erforderlich, wobei jede derartige Platte gewöhnlich photographisch hergestellt wird, wie weiter unten beschrieben. Außer der Herstellung der geeigneten Platten für die verschiedenen Farben muß der Bediener die Platten richtig auf den Plattenzylindern der Druckmaschine montieren und die Positionen der Zylinder so koordinieren, daß die durch die verschiedenen Zylinder gedruckten Farbkomponenten auf den gedruckten Kopien Register halten. Jeder Zylindersatz, der auf einer Druckmaschine mit einer bestimmten Farbe verbunden ist, wird gewöhnlich als Druckstation bezeichnet.
In den meisten herkömmlichen Druckmaschinen sind die Druckstationen in geradliniger oder "Inline"-Konfiguration angeordnet. Jede solche Station umfaßt typischerweise einen Druckzylinder, einen Gummi(tuch)zylinder, einen Plattenzylinder und die notwendigen Farbeinheiten (und bei Naßsystemen, Feuchtmitteleinheiten). Das Aufzeichnungsmaterial wird nacheinander zwischen den Druckstationen transportiert, wobei jede Station eine andere Druckfarbe auf das Material aufbringt, um ein zusammengesetztes Mehrfarbenbild zu erzeugen. Eine andere Konfiguration, die in US-A-4 936 211 beschrieben wird (im Besitz des gleichen Inhabers wie die vorliegende Patentanmeldung und hiermit durch Verweis einbezogen), stützt sich auf einen zentralen Druckzylinder, der ein Blatt Aufzeichnungsmaterial an jeder Druckstation vorbeitransportiert, wodurch die Notwendigkeit eines mechanischen Transports des Mediums zu jeder Druckstation entfällt.
Bei jedem der beiden Druckmaschinentypen kann das Aufzeichnungsmedium den Druckstationen in Form von geschnittenen Bögen oder in Form einer kontinuierlichen Material-"Bahn" zugeführt werden. Die Anzahl der Druckstationen in einer Druckmaschine ist vom Typ des zu druckenden Dokuments abhängig. Für das Massenkopieren von Text oder einfacher einfarbiger Strichgraphik kann eine einzige Druckstation genügen. Um eine Volltonwiedergabe von komplexeren einfarbigen Bildern zu erzielen, verwendet man üblicherweise ein "Doppelton-" bzw. "Duplexverfahren", bei dem zwei Stationen unterschiedliche Dichten der gleichen Farbe oder des gleichen Farbtons auftragen. Vierfarbendruckmaschinen bringen Druckfarbe nach einem ausgewählten Farbmodell auf, wobei das gebräuchlichste auf Cyan, Magenta, Gelb und Schwarz basiert (das "CMYK"-Modell). Dementsprechend erfordert das CMYK-Modell mindestens vier Druckstationen; wenn eine bestimmte Farbe hervorgehoben werden soll, können mehr erforderlich sein. Die Druckmaschine kann eine weitere Druckstation enthalten, um auf verschiedene Teile des gedruckten Dokuments Spotlack aufzutragen, und kann außerdem eine oder mehrere "Widerdruck"-Einheiten aufweisen, die das Aufzeichnungsmedium umdrehen, um einen zweiseitigen Druck zu erhalten.
Die Platten für eine Offsetdruckmaschine werden gewöhnlich photographisch hergestellt. Zur Herstellung einer Naßplatte mit Hilfe eines typischen subtraktiven Negativverfahrens wird das Originaldokument photographiert, um ein photographisches Negativ herzustellen. Dieses Negativ wird auf eine Aluminiumplatte mit einer wasserannehmenden Oxidoberfläche aufgelegt, die mit einem Photopolymer beschichtet ist. Nach Bestrahlen mit Licht oder einer anderen Strahlung durch das Negativ hindurch härten die Flächen der Schicht, die Strahlung empfangen haben (entsprechend den dunklen oder bedruckten Flächen des Originals) zu einem haltbaren oleophilen Zustand aus. Die Platte wird dann einem Entwicklungsprozeß unterworfen, bei dem die nicht ausgehärteten Flächen der Schicht (d. h. diejenigen, die keine Strahlung empfangen haben, entsprechend den bildfreien oder Hintergrundflächen des Originals) entfernt werden und die hydrophile Oberfläche der Aluminiumplatte freigelegt wird.
Ein ähnliches photographisches Verfahren wird zur Herstellung von Trockenplatten angewandt, die typischerweise eine farbabweisende Oberflächenschicht (z. B. aus Silicon) aufweisen, die auf eine lichtempfindliche Schicht aufgebracht ist, die selbst auf ein Substrat von geeigneter Haltbarkeit (z. B. ein Aluminiumblech) aufgebracht ist. Nach Bestrahlen mit aktinischer bzw. photochemisch wirksamer Strahlung härtet die lichtempfindliche Schicht zu einem Zustand aus, der ihre Bindung an die Oberflächenschicht zerstört. Nach dem Bestrahlen bzw. Belichten wird eine Behandlung angewandt, um die Lichtempfindlichkeit der lichtempfindlichen Schicht in unbelichteten Flächen zu deaktivieren und die Verankerung der Oberflächenschicht an diesen Flächen weiter zu verbessern. Eintauchen der belichteten Platte in Entwickler führt zur Auflösung und Entfernung der Oberflächenschicht in den Abschnitten der Plattenoberfläche, die Strahlung empfangen haben, wodurch die farbannehmende, gehärtete lichtempfindliche Schicht freigelegt Wird.
Photographische Plattenkopierverfahren sind gewöhnlich zeitraubend und erfordern angemessene Einrichtungen und Ausrüstungen zur Unterstützung der notwendigen chemischen Verfahren. Um diese Nachteile zu umgehen, haben Praktiker eine Anzahl von elektronischen Alternativen zum Bebildern von Platten entwickelt, von denen einige in der Druckmaschine eingesetzt werden können. Bei diesen Systemen verändern digital gesteuerte Vorrichtungen die Farbaufnahmefähigkeit von Plattenrohlingen in einer Struktur, die das zu druckende Bild darstellt. Zu diesen Abbildungsvorrichtungen gehören Quellen für elektromagnetische Strahlungsimpulse, die durch eine oder mehrere Laser- oder Nichtlaserlichtquellen erzeugt werden, die chemische Veränderungen auf Plattenrohlingen hervorrufen (wodurch die Notwendigkeit eines photographischen Negativs entfällt); Tintenstrahlgeräte, die farbabweisende oder farbannehmende Punkte direkt auf Plattenrohlinge aufbringen; und Funkenentladungsgeräte, in denen eine Elektrode, die im Kontakt mit oder nahe an einem Plattenrohling angeordnet ist, elektrische Funken erzeugt, um die Topologie des Plattenrohlings physikalisch zu verändern und dadurch "Punkte" zu erzeugen, die gemeinsam ein gewünschtes Bild formen (siehe z. B. US 4911075).
Da Lasergeräte leicht verfügbar und für digitale Steuerung geeignet sind, wurden erhebliche Anstrengungen unternommen, um lasergestützte Abbildungssysteme zu entwickeln. In frühen Beispielen wurden Laser eingesetzt, um Material von einem Plattenrohling wegzuätzen und eine Tiefdruck- oder Buchdruckstruktur auszubilden. Siehe z. B. US 3506779; 4347785. Dieses Verfahren wurde später auf die Herstellung von lithographischen bzw. Flachdruckplatten erweitert, z. B. durch Entfernen einer hydrophilen Oberfläche, um eine oleophile Unterschicht freizulegen. Siehe z. B. US 4054094. Diese Systeme erfordern im allgemeinen Hochleistungslaser, die teuer und langsam sind.
Ein zweites Verfahren zur Laserbebilderung ist mit der Verwendung von Thermoumdruckmaterialien verbunden. Siehe z. B. US 3945318; 3962513; 3964389 und 4395946. Bei diesen Systemen wird eine Polymerfolie, die für die vom Laser emittierte Strahlung durchlässig ist, mit einem umdruckfähigen Material beschichtet. Während des Betriebs wird die Umdruckseite dieser Konstruktion in Kontakt mit einem Empfängerbogen gebracht, und das Umdruckmaterial wird durch die durchlässige Schicht hindurch selektiv bestrahlt. Die Bestrahlung bewirkt, daß das Umdruckmaterial bevorzugt an dem Empfängerbogen haftet. Die Umdruck- und Empfängermaterialien weisen unterschiedliche Affinitäten zu Feuchtmittel und/oder Druckfarbe auf, so daß nach dem Entfernen der durchlässigen Schicht zusammen mit dem unbestrahlten Umdruckmaterial eine geeignet bebilderte, fertige Platte zurückbleibt. Typischerweise ist das Umdruckmaterial oleophil und das Empfängermaterial hydrophil. Platten, die mit Systemen vom Umdrucktyp hergestellt werden, weisen wegen der begrenzten Materialmenge, die effektiv übertragen werden kann, gewöhnlich kurze Nutzlebensdauern auf. Da außerdem das Umdruckverfahren das Schmelzen und Wiedererstarren von Material erfordert, besteht die Neigung zu einer sichtbar schlechteren Bildqualität, als sie mit anderen Verfahren erzielbar ist.
Schließlich können Laser zum Belichten eines lichtempfindlichen Rohlings für die herkömmliche chemische Verarbeitung verwendet werden. Siehe z. B. US 3506779; 4020762. In einer Alternative zu diesem Verfahren ist ein Laser benutzt worden, um in einer bildartigen Struktur eine undurchsichtige Schicht, die über einem lichtempfindlichen Plattenrohling liegt, selektiv zu entfernen. Die Platte wird dann einer Strahlungsquelle ausgesetzt, wobei das nicht entfernte Material als Maske wirkt, die verhindert, daß die Strahlung darunter liegende Teile der Platte erreicht. Siehe z. B. US 4132168. Jedes dieser beiden Bebilderungsverfahren erfordert die beschwerliche chemische Verarbeitung, die mit der herkömmlichen, nicht digitalen Plattenherstellung verbunden ist.
Hierin beschriebene Anordnungen ermöglichen eine schnelle, rationelle Herstellung von Flachdruckplatten unter Verwendung einer relativ billigen Laserausrüstung, die bei niedrigen bis mittleren Leistungen arbeitet. Die hierin beschriebenen Bebilderungsverfahren können in Verbindung mit den verschiedensten Plattenrohlingskonstruktionen eingesetzt werden und ermöglichen die Herstellung von "Naßplatten" mit Verwendung von Wischwasser beim Drucken.
GB-A-1489308 offenbart ein Verfahren zur Bebilderung einer Flachdruckplatte durch Anwendung eines Ablations- bzw. Abtragungsverfahrens in einer dreischichtigen Trockenplattenstruktur. Die Oberflächenschicht ist hydrophob, und das Substrat ist oleophil. US-A-4054094 offenbart eine mittels Laser bebilderungsfähige Platte mit einer dreischichtigen Struktur, die eine hydrophile Deckschicht aufweist. Ein Laser mit hoher Ausgangsintensität brennt die Deckschicht und die darunterliegenden Schichten in den Bildbereichen weg.
Nach der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren zur Bebilderung einer Flachdruckplatte bzw. ein Verfahren zum Drucken mit einer Druckmaschine bereitgestellt, wie in den Ansprüchen I bzw. 4 definiert. Erfindungsgemäß wird ferner eine Druckvorrichtung bereitgestellt, wie weiter unten in Anspruch 7 definiert. Ferner wird nach der vorliegenden Erfindung eine Flachdruckplatte bereitgestellt, wie weiter unten in einem der Ansprüche 24 und 25 definiert.
Ein Aspekt der Flachdruckplatten, auf welche sich die vorliegende Erfindung bezieht, liegt in der Verwendung von Materialien, welche die Abtragungs- bzw. Erosionsausbeute des Laserstrahls erhöhen. Substanzen, die sich nicht schnell erwärmen oder erhebliche Strahlungsmengen absorbieren, werden nicht abgetragen, wenn sie nicht über relativ lange Zeitspannen bestrahlt werden und/oder Hochleistungsimpulse empfangen; solche physikalischen Beschränkungen sind gewöhnlich mit Lithographieplattenmaterialien verbunden und erklären das Vorherrschen von Hochleistungslasern in der bekannten Technik.
Eine geeignete Plattenkonstruktion, die nicht innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung liegt, weist eine erste Schicht und ein unter der ersten Schicht liegendes Substrat auf, wobei das Substrat durch eine wirksame Absorption von infraroter Strahlung ("IR"-Strahlung) gekennzeichnet ist, und wobei die erste Schicht und das Substrat unterschiedliche Affinitäten zu Druckfarbe (bei einer Trockenplattenkonstruktion) oder zu einem farbabweisenden Fluid (bei einer Naßplattenkonstruktion) aufweisen. Laserstrahlung wird durch das Substrat absorbiert und trägt die Substratoberfläche ab, die sich im Kontakt mit der ersten Schicht befindet; dadurch wird die Verankerung des Substrats an der darüberliegenden ersten Schicht zerstört, die sich dann an den belichteten Stellen leicht entfernen läßt. Durch das Entfernen entsteht ein Bildpunkt, dessen Affinität zur Druckfarbe oder zu dem farbabweisenden Fluid sich von derjenigen der unbelichteten ersten Schicht unterscheidet.
Bei einer Variante dieser Anordnung absorbiert statt des Substrats die erste Schicht IR-Strahlung. In diesem Fall hat das Substrat eine Trägerfunktion und weist entgegengesetzte Affinitätseigenschaften auf.
Bei diesen beiden zweischichtigen Plattentypen hat eine einzelne Schicht zwei getrennte Funktionen, nämlich die Absorption von IR-Strahlung und die Wechselwirkung mit Druckfarbe oder farbabweisendem Fluid.
In Ausführungsformen der Erfindung werden diese Funktionen durch zwei getrennte Schichten ausgeübt. Die erste, oberste Schicht wird im Hinblick auf ihre Affinität zu (oder Abstoßung von) Druckfarbe oder einem farbabweisenden Fluid ausgewählt. Unter der ersten Schicht liegt eine zweite Schicht, die IR-Strahlung absorbiert. Unter der zweiten Schicht liegt ein festes, widerstandsfähiges Substrat, das durch eine zur ersten Schicht entgegengesetzte Affinität zu (oder Abstoßung von) Druckfarbe oder einem farbabweisenden Fluid gekennzeichnet ist. Durch Bestrahlen der Platte mit einem Laserimpuls wird die absorbierende zweite Schicht abgetragen und auch die oberste Schicht geschwächt. Als Ergebnis der Abtragung der zweiten Schicht ist die geschwächte Oberflächenschicht nicht mehr an der darunterliegenden Schicht verankert und läßt sich leicht entfernen. Die zerstörte oberste Schicht (und etwaige Trümmer, die von der Zerstörung der absorbierenden zweiten Schicht zurückbleiben) werden in einem Reinigungsschritt nach der Bebilderung entfernt. Dadurch entsteht wieder ein Bildpunkt mit einer anderen Affinität zu der Druckfarbe oder dem farbabweisenden Fluid als derjenigen der unbelichteten ersten Schicht.
Die Reinigung nach dem Bebildern kann mit Hilfe einer Kontaktreinigungsvorrichtung ausgeführt werden, wie z. B. einer rotierenden Bürste (oder einer anderen geeigneten Einrichtung, wie in US 5148746 beschrieben). Die Reinigung nach dem Bebildern stellt zwar einen zusätzlichen Verarbeitungsschritt dar, aber die Beständigkeit der obersten Schicht während der Bebilderung kann sich tatsächlich als nützlich erweisen. Durch die Abtragung der absorbierenden Schicht entstehen Trümmer, die den Durchgang des Laserstrahls stören können (z. B. durch Ablagerung auf einer Sammellinse oder als Aerosol (oder Nebel) von feinen Teilchen, die den Durchgang teilweise blockieren). Die zerstörte, aber nicht entfernte oberste Schicht verhindert das Entweichen dieser Trümmer.
Die vorstehende Ausführungsform kann zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit modifiziert werden, indem man unterhalb der Absorptionsschicht eine weitere Schicht hinzufügt, die IR-Strahlung reflektiert. Durch diese zusätzliche Schicht wird jede Strahlung, welche die Absorptionsschicht durchdringt, wieder durch diese Schicht zurückgestrahlt, so daß der effektive Strahlungsfluß durch die Absorptionsschicht wesentlich erhöht wird. Die Zunahme des effektiven Strahlungsflusses verbessert die Abbildungsleistung und reduziert die Energie (d. h. die Leistung des Laserstrahls, multipliziert mit seiner Belichtungszeit), die zum Abtragen der Absorptionsschicht notwendig ist. Natürlich muß die reflektierende Schicht entweder durch Einwirkung des Laserimpulses zusammen mit der Absorptionsschicht entfernt werden oder statt dessen anstelle des Substrats als Druckfläche dienen.
Die erfindungsgemäße Belichtungsvorrichtung weist mindestens eine Laservorrichtung auf, die im IR-Bereich, vorzugsweise im nahen IR-Bereich emittiert; der Begriff "naher IR-Bereich", wie er hier gebraucht wird, bedeutet eine Belichtungsstrahlung, deren lambdamax zwischen 700 und 1500 nm liegt. Ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Festkörperlasern (gewöhnlich als Halbleiterlaser bezeichnet, typischerweise auf der Basis von Galliumaluminiumarsenid-Verbindungen) als Lichtquellen; diese sind ausgesprochen wirtschaftlich und zweckmäßig und können in Verbindung mit den verschiedensten Bildaufzeichnungsvorrichtungen eingesetzt werden. Die Verwendung von Strahlung im nahen IR-Bereich erleichtert den Einsatz einer großen Auswahl von organischen und anorganischen Absorptionsverbindungen und insbesondere von Halbleiter- und Leitertypen.
Der Laserausgangsstrahl kann über Linsen oder andere Strahlführungskomponenten direkt auf die Plattenoberfläche gelenkt oder von einem entfernt angeordneten Laser mit Hilfe eines Lichtleiterkabels zur Oberfläche eines Druckplattenrohlings übertragen werden. Eine Steuereinrichtung mit dazugehörigen Positioniergeräten hält den Ausgangsstrahl in einer präzisen Ausrichtung bezüglich der Plattenoberfläche, führt den Ausgangsstrahl rasterartig über die Oberfläche und aktiviert den Laser in Positionen, die ausgewählten Punkten oder Flächen der Platte benachbart sind. Die Steuereinrichtung reagiert auf ankommende Signale, die dem Originaldokument oder -bild entsprechen, das gerade auf die Platte kopiert wird, um ein genaues Negativ- oder Positivbild dieses Originals zu erzeugen. Die Bildsignale werden als Binärbild- bzw. Bitmap-Datei in einem Computer gespeichert. Solche Dateien können durch einen Rasterbildprozessor (RIP) oder eine andere geeignete Einrichtung erzeugt werden. Zum Beispiel kann ein RIP Eingabedaten in einer Seitenbeschreibungssprache aufnehmen, die alle auf die Druckplatte zu übertragenden Strukturelemente definiert, oder als Kombination aus einer Seitenbeschreibungssprache und einer oder mehreren Bilddateien. Die Binärbilder bzw. Bitmaps sind so aufgebaut, daß sie den Farbton der Farbe sowie Rasterfrequenzen und -winkel definieren.
Die Abbildungsvorrichtung kann selbständig arbeiten und ausschließlich als Plattenkopierer funktionieren, oder sie kann direkt in eine Lithographie- bzw. Flachdruckmaschine eingebaut werden. Im letzteren Falle kann der Druckvorgang unmittelbar nach dem Aufbringen des Bildes auf eine unbedruckte Platte beginnen, wodurch die Einrichtezeit der Druckmaschine beträchtlich verkürzt wird. Die Abbildungsvorrichtung kann als Flachbettaufzeichnungsgerät oder als Trommelaufzeichnungsgerät konfiguriert werden, wobei der Lithographieplattenrohling an der inneren oder äußeren Zylinderfläche der Trommel montiert wird. Offensichtlich eignet sich die äußere Trommelkonstruktion besser zur Verwendung an Ort und Stelle in einer Lithographiedruckmaschine, in welchem Falle der Druckzylinder selbst die Trommelkomponente des Aufzeichnungsgeräts oder Plotters bildet.
In der Trommelkonfiguration wird die erforderliche Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und der Platte durch Drehen der Trommel (und der darauf montierten Platte) um ihre Achse und Bewegen des Strahls parallel zur Drehachse erreicht, wodurch die Platte an ihrem äußeren Umfang abgetastet wird, so daß das Bild in axialer Richtung "wächst". Alternativ kann sich der Strahl parallel zur Trommelachse bewegen, und sein Winkel wird nach jedem Durchlauf quer über die Platte inkrementiert, so daß das Bild auf der Platte in Umfangsrichtung "wächst". In beiden Fällen ist nach einer vollständigen Abtastung durch den Strahl ein Bild auf die Plattenoberfläche aufgebracht worden, das (positiv oder negativ) dem Originaldokument oder -bild entspricht.
In der Flachbettkonfiguration wird der Strahl quer entlang einer der beiden Plattenachsen geführt und nach jedem Durchlauf schrittweise entlang der anderen Achse weitergeschaltet. Natürlich kann die notwendige Relativbewegung zwischen dem Strahl und der Platte durch Bewegen der Platte anstatt (oder zusätzlich zu) der Bewegung des Strahls erzeugt werden.
Ungeachtet dessen, auf welche Weise der Strahl rasterartig geführt wird, ist es im allgemeinen (aus Geschwindigkeitsgründen) vorzuziehen, mehrere Laser einzusetzen und ihre Ausgangsstrahlen zu einer einzigen Schreibanordnung zu lenken. Die Schreibanordnung wird dann nach Beendigung jedes Durchlaufs in Quer- oder Längsrichtung der Platte schrittweise um eine Distanz weitergeschaltet, die durch die Anzahl der aus der Anordnung austretenden Strahlen und durch die gewünschte Auflösung (d. h. die Anzahl von Bildpunkten pro Längeneinheit) festgelegt ist.
Die erste Schicht kann durch eine effiziente Absorption von Infrarotstrahlung gekennzeichnet sein und ist farbabweisend. Die erste Schicht kann der Laserquelle zugewandt sein, und der Laserausgangsstrahl wird auf die erste Schicht fokussiert.
Die zweite Schicht ist der Laserquelle zugewandt, und der Laserausgangsstrahl wird durch die zweite Schicht hindurch auf die erste Schicht fokussiert.
Die zweite Schicht kann durch eine effiziente Absorption von Infrarotstrahlung gekennzeichnet sein, wobei die Substratschicht im wesentlichen für Strahlung im nahen Infrarotbereich durchlässig ist, so daß die Platte so ausgerichtet werden kann, daß die Substratschicht der Laserquelle zugewandt ist und der Laserausgangsstrahl durch die Substratschicht hindurch auf die zweite Schicht fokussiert wird.
Die vorstehende Diskussion wird anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verständlich. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Ansicht der zylindrischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung, die in Verbindung mit einer Diagonalschreibanordnung arbeitet;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, die deren Arbeitsweise ausführlicher darstellt;
Fig. 3 eine Stirnseitenansicht einer Abbildungsschreibanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, in der Abbildungselemente in einer Diagonalmatrix angeordnet sind;
Fig. 4 eine isometrische Ansicht der zylindrischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abbildungsvorrichtung, die in Verbindung mit einer linearen Schreibanordnung arbeitet;
Fig. 5 eine isometrische Ansicht der Vorderseite einer erfindungsgemäßen Abbildungsschreibanordnung, in der Abbildungselemente in einer linearen Reihe angeordnet sind;
Fig. 6 eine Seitenansicht der in Fig. 5 dargestellten Schreibanordnung;
Fig. 7 eine isometrische Ansicht einer Flachbett-Ausführungsform einer Abbildungsvorrichtung mit linearer Linsenanordnung;
Fig. 8 eine isometrische Ansicht der Innentrommel-Ausführungsform einer Abbildungsvorrichtung mit linearer Linsenanordnung;
Fig. 9 eine aufgeschnittene Darstellung eines Systems mit entfernt angeordnetem Lasers und Strahlführung;
Fig. 10 eine vergrößerte, teilweise aufgeschnittene Ansicht eines Linsenelements zum Fokussieren eines Laserstrahls von einer optischen Faser auf die Oberfläche einer Druckplatte;
Fig. 11 eine vergrößerte, aufgeschnittene Ansicht eines Linsenelements mit integriertem Laser;
Fig. 12 ein Schaltschema einer Lasertreiberschaltung, die sich zur Verwendung bei den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eignet;
Fig. 13A-13H vergrößerte Schnittansichten von bebilderungsfähigen Lithographieplatten;
Fig. 14A eine isometrische Ansicht einer typischen Laserdiode;
Fig. 14B eine Draufsicht der in Fig. 14A dargestellten Diode, welche die Dispersion der davon ausgehenden Strahlung in einer Dimension darstellt;
Fig. 14C einen Aufriß der in Fig. 14A gezeigten Diode, der die Dispersion der davon ausgehenden Strahlung in der anderen Dimension darstellt;
Fig. 15 eine Divergenzminderungslinse zum Gebrauch in Verbindung mit der in den Fig. 14A- 14C dargestellten Laserdiode; und
Fig. 16 eine schematische Darstellung eine Fokussierungsanordnung, die eine Alternative zu der in Fig. 9 dargestellten Vorrichtung bietet.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

1. ABBILDUNGSVORRICHTUNG

a. AUFZEICHNUNG MIT AUSSENTROMMEL

Zunächst wird auf Fig. 1 der Zeichnungen Bezug genommen, welche die Ausführungsform unseres Abbildungssystems mit Außentrommel darstellt. Die Einheit schließt einen Zylinder 50 ein, um den ein Lithographieplattenrohling 55 herumgewickelt ist. Der Zylinder 50 schließt ein Hohlsegment 60 ein, in dem die Außenränder der Platte 55 durch herkömmliche Klemmeinrichtungen (nicht dargestellt) fixiert werden. Dabei ist anzumerken, daß die Größe des Hohlsegments in Abhängigkeit von der Umgebung, in welcher der Zylinder 50 eingesetzt wird, stark variieren kann.
Auf Wunsch wird der Zylinder 50 direkt in die Konstruktion einer herkömmlichen Lithographiepresse eingebaut und dient als Plattenzylinder der Presse. In einer typischen Pressenkonstruktion nimmt die Platte 55 Druckfarbe von einem Farbwerk an, dessen Endzylinder sich in rollendem Eingriff mit dem Zylinder 50 befindet. Der letztere Zylinder rotiert außerdem im Kontakt mit einem Gummizylinder, der Druckfarbe auf das Aufzeichnungsmedium überträgt. Die Presse kann mehr als eine derartige Druckeinheit aufweisen, die in einer linearen Reihe angeordnet sind. Alternativ können mehrere Einheiten um einen großen zentralen Druckzylinder herum in rollendem Eingriff mit allen Gummizylindern angeordnet sein.
Das Aufzeichnungsmedium ist an der Oberfläche des Druckzylinders montiert und läuft durch den Klemmspalt zwischen diesem Zylinder und jedem der Gummizylinder. Geeignete Zentraldruck- und Inline- Pressenkonfigurationen werden in den US 5163368 und 4911075 beschrieben.
Der Zylinder 50 ist in einem Rahmen gelagert und wird durch einen normalen Elektromotor oder eine andere herkömmliche Einrichtung (schematisch in Fig. 2 dargestellt) in Drehung versetzt. Die Winkelposition des Zylinders 50 wird durch einen Drehgeber (siehe Fig. 4) überwacht. Eine Schreibanordnung 65, die verschiebbar auf einer Leitspindel 67 und einem Führungsstab 69 montiert ist, fährt über die Platte 55, während diese rotiert. Die Axialbewegung der Schreibanordnung 65 resultiert aus der Drehung eines Schrittmotors 72, der die Leitspindel 67 dreht und dadurch die Axialposition der Schreibanordnung 65 verschiebt. Der Schrittmotor 72 wird während der Zeit aktiviert, in der sich die Schreibanordnung 65 über dem Hohlraum 60 befindet, nachdem die Schreibanordnung 65 über die gesamte Oberfläche der Platte 55 gelaufen ist. Durch die Drehung des Schrittmotors 72 wird die Schreibanordnung 65 annähernd in die Axialposition verschoben, wo der nächste Abbildungsdurchlauf beginnen soll.
Der axiale Schrittweite zwischen aufeinanderfolgenden Abbildungsdurchläufen wird durch die Anzahl der Abbildungselemente in der Schreibanordnung 65 und ihre Konfiguration darin sowie durch die gewünschte Auflösung bestimmt. Wie in Fig. 2 dargestellt, liefern eine Reihe von Laserlichtquellen L&sub1;, L&sub2;, L&sub3; ... Ln,, die durch geeignete, gemeinsam mit dem Bezugszeichen 75 bezeichnete (und weiter unten ausführlicher diskutierte) Lasertreiber gesteuert werden, jeweils einen Ausgangsstrahl an ein Lichtleiterkabel. Die Laser sind vorzugsweise Galliumarsenid-Modelle; allerdings können beliebige Hochgeschwindigkeitslaser, die im nahen Infrarotbereich emittieren, vorteilhaft eingesetzt werden.
Die Größe eines Bildstrukturelements (d. h. Punkt, Fleck oder Fläche) und die Bildauflösung können auf verschiedene Weise variiert werden. Der Laserimpuls muß von ausreichender Leistung und Dauer sein, um eine für die Bebilderung brauchbare Ablation bzw. Abtragung zu erzeugen; es gibt jedoch einen oberen Grenzwert für die Leistungsniveaus und Belichtungszeiten; oberhalb dessen keine höhere brauchbare Abtragung erzielt wird. Im Unterschied zum unteren Schwellwert ist dieser obere Grenzwert stark vom Typ der zu bebildernden Platte abhängig.
Eine Veränderung innerhalb des Bereichs, der durch die minimalen und die oberen Parameterwerte definiert ist, kann zur Steuerung und zur Größenauswahl von Bildstrukturelementen verwendet werden. Solange die Leistungswerte und Belichtungszeiten über dem Minimum liegen, kann außerdem die Strukturelementgröße einfach durch Veränderung der Fokussierungsvorrichtung verändert werden (wie weiter unten diskutiert). Die Endauflösung oder Druckdichte, die mit einem Strukturelement von gegebener Größe erreichbar ist, kann durch Überlappen von Bildstrukturelementen (z. B. durch Vorschub der Schreibanordnung um eine axiale Distanz, die kleiner als der Durchmesser eines Bildstrukturelements ist) erhöht werden. Durch Überlappung von Bildstrukturelementen wird die mit einem bestimmten Strukturelement erzielbare Graustufenzahl erweitert.
Die fertigen Platten sollten mindestens 1000, vorzugsweise mindestens 50000, Abdrucke liefern können. Dies erfordert eine Fertigung aus dauerhaftem Material und stellt bestimmte Mindestanforderungen an die Leistung der Laserlichtquellen. Damit ein Laser die weiter unten beschriebenen Platten bebildern kann, muß seine Ausgangsleistung mindestens 0,03 MW/cm² (0,2 Megawatt/Zoll²) und vorzugsweise mindestens 0,09 MW/cm² (0,6 Megawatt/Zoll2) betragen. Unterhalb dieser Leistungswerte tritt keine wesentliche Abtragung auf, auch wenn man den Laserstrahl längere Zeit einwirken läßt.
Da die Strukturelementgrößen gewöhnlich recht klein sind - in der Größenordnung von 12,3 um bis 49 um (0,5 bis 2,0 Mil), werden die notwendigen Leistungsintensitäten ohne weiteres sogar mit Lasernmit mäßigen Ausgangsleistungswerten (in der Größenordnung von etwa 1 Watt) erreicht; eine Fokussiervorrichtung, wie weiter unten diskutiert, konzentriert die gesamte Laserausgangsleistung auf das kleine Strukturelement, was zu hohen effektiven Energiedichten führt.
Die Kabel, die den Laserausgangsstrahl leiten, sind zu einem Bündel 77 zusammengefaßt und treten getrennt in die Schreibanordnung ein. Zur Leistungserhaltung kann es sich als wünschenswert erweisen, das Bündel in einer Konfiguration zu halten, die kein Biegen über den kritischen Brechungswinkel der Faser hinaus erfordert (wodurch die innere Totalreflexion erhalten bleibt); wir haben jedoch nicht festgestellt, daß dies für eine gute Gebrauchsleistung notwendig ist.
Wie gleichfalls in Fig. 2 dargestellt, betätigt eine Steuereinrichtung 80 die Lasertreiber 75, wenn die dazugehörigen Laser geeignete Punkte gegenüber der Platte 55 erreichen, und aktiviert außerdem den Schrittmotor 72 und den Zylinderantriebsmotor 82. Lasertreiber 75 sollten mit hoher Geschwindigkeit arbeiten können, um eine Bebilderung mit kommerziell brauchbaren Geschwindigkeiten zu erleichtern. Die Treiber schließen vorzugsweise eine Impulsschaltung ein, die mindestens 40000 Lasersteuerimpulse/Sekunde erzeugen kann, wobei jeder Impuls relativ kurz ist, d. h. in der Größenordnung von 10-15 us liegt (obwohl Impulse sowohl von kürzerer als auch von längerer Dauer mit Erfolg verwendet worden sind). Eine geeignete Konstruktion wird weiter unten beschrieben.
Die Steuereinrichtung 80 empfängt Daten aus zwei Quellen. Die Winkelposition des Zylinders 50 bezüglich der Schreibanordnung 65 wird ständig durch einen Detektor 85 überwacht (weiter unten ausführlicher beschrieben), der Signale liefert, welche diese Position der Steuereinrichtung 80 anzeigen. Außerdem liefert eine Bilddatenquelle (z. B. ein Computer) gleichfalls Datensignale an die Steuereinrichtung 80. Die Bilddaten definieren Punkte auf der Platte 55, wo Bildpunkte zu schreiben sind. Die Steuereinrichtung 80 korreliert daher die momentanen Relativpositionen der Schreibanordnung 65 und der Platte 55 (wie durch den Detektor 85 angegeben) mit den Bilddaten, um die geeigneten Lasertreiber zu den geeigneten Zeitpunkten während der Abtastung der Platte 55 zu betätigen. Die zur Implementierung dieses Systems erforderlichen Steuerschaltkreise sind in der Scanner- und Plottertechnik bekannt; eine geeignete Konstruktion wird in US 5174205 beschrieben.
Die Laserausgangskabel enden in innerhalb der Schreibanordnung 65 montierten Linseneinheiten, welche die Strahlen präzise auf die Oberfläche der Platte 55 fokussieren. Eine geeignete Konstruktion einer Linseneinheit wird weiter unten beschrieben; für die Zwecke der gegenwärtigen Diskussion werden diese Linseneinheiten generell mit dem Bezugszeichen 96 bezeichnet. Die Art und Weise, in der die Linseneinheiten innerhalb der Schreibanordnung 65 verteilt sind, sowie die Konstruktion der Schreibanordnung erfordern sorgfältige Konstruktionsüberlegungen. Eine geeignete Konfiguration ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Anordnung sind die Linseneinheiten 96 versetzt quer über die Fläche des Körpers 65 angeordnet. Die Konstruktion schließt vorzugsweise einen Luftverteiler 130 ein, der mit einer Druckluftquelle verbunden ist und eine Reihe von Auslaßkanälen enthält, die auf die Linseneinheiten 96 ausgerichtet sind. Durch Einleiten von Luft in den Verteiler und ihr Ausströmen durch die Auslaßkanäle werden die Linsen während des Betriebs von Trümmern gereinigt, und außerdem werden hochdisperse Aerosole und Nebel aus dem Bereich zwischen den Linseneinheiten 96 und der Plattenoberfläche 55 ausgewaschen.
Die versetzte Linsenkonstruktion erleichtert die Verwendung einer größeren Anzahl von Linseneinheiten in einem einzigen Kopf, als bei einer linearen Anordnung möglich wäre. Da außerdem die Abbildungszeit direkt von der Anzahl der Linsenelemente abhängig ist, bietet eine versetzte Konstruktion die Möglichkeit einer schnelleren Gesamtabbildung. Ein weiterer Vorteil dieser Konfiguration rührt von der Tatsache her, daß der Durchmesser des aus jeder Linseneinheit austretenden Strahls gewöhnlich viel kleiner ist als der Durchmesser der Sammellinse selbst. Daher erfordert eine lineare Anordnung einen relativ bedeutenden Mindestabstand zwischen den Strahlen, und dieser Abstand kann die gewünschte Druckdichte beträchtlich übersteigen. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit einer geringen Schrittweite. Durch versetzte Anordnung der Linseneinheiten erhalten wir einen dichteren Abstand zwischen den Laserstrahlen, und unter der Annahme, daß der Abstand der gewünschten Druckdichte äquivalent ist, können wir daher über die gesamte axiale Breite der Anordnung weiterschalten. Die Steuereinrichtung 80 empfängt entweder Bilddaten, die bereits zu vertikalen Spalten geordnet sind, die jeweils einer anderen Linseneinheit entsprechen, oder kann den Inhalt eines Speicherpuffers, der eine vollständige Bitmap-Darstellung des zu übertragenden Bildes enthält, fortschreitend spaltenweise abtasten. Im einen wie im anderen Fall erkennt die Steuereinrichtung 80 die verschiedenen Relativpositionen der Linseneinheiten bezüglich der Platte 55 und betätigt den entsprechenden Laser nur dann, wenn seine zugehörige Linseneinheit über einem abzubildenden Punkt positioniert ist.
Eine alternative Konstruktion der Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt, die außerdem den am Zylinder 50 montierten Detektor 85 zeigt. Bevorzugte Detektorkonstruktionen werden in US 5174205 beschrieben. In diesem Falle weist die durch das Bezugszeichen 150 bezeichnete Schreibanordnung einen langen geradlinigen Körper auf, der durch Lichtleiterkabel gespeist wird, die aus einem Bündel 77 gezogen werden. Das Innere der Schreibanordnung 150 oder ein bestimmter Teil davon enthält ein Gewinde, das mit einer Leitspindel 67 im Eingriff ist, durch deren Drehung die Schreibanordnung 150 entlang der Platte 55 transportiert wird, wie weiter oben diskutiert. Einzelne Linseneinheiten 96 sind in gleichmäßigen Abständen B voneinander angeordnet. Der Abstand B entspricht der Differenz zwischen der axialen Länge der Platte 55 und dem Abstand zwischen der ersten und der letzten Linseneinheit; er stellt die Gesamtdistanz in Achsenrichtung dar, die im Verlauf einer vollständigen Abtastung durch die Schreibanordnung 150 durchfahren wird. Jedesmal wenn die Schreibanordnung 150 auf den Hohlraum 60 trifft, dreht sich der Schrittmotor 72 und transportiert die Schreibanordnung 150 um eine axiale Distanz weiter, die gleich dem gewünschten Abstand zwischen den Abbildungsdurchläufen (d. h. gleich der Druckdichte) ist. Dieser Abstand ist um einen Faktor n kleiner als der Schrittabstand bei der weiter oben beschriebenen Ausführungsform (Schreibanordnung 65), wobei n die Anzahl der Linseneinheiten ist, die in der Schreibanordnung 65 enthalten sind.
Die Schreibanordnung 150 umfaßt einen inneren Luftverteiler 155 und eine Reihe von Auslaßkanälen 160, die auf die Linseneinheiten 96 ausgerichtet sind. Diese dienen wieder zum Entfernen von Trümmern aus den Linseneinheiten und dem Abbildungsbereich während des Betriebs.

b. FLACHBETTAUFZEICHNUNG

Die Abbildungsvorrichtung kann auch die Form eines Flachbettaufzeichnungsgeräts annehmen, wie in Fig. 7 dargestellt. In der abgebildeten Ausführungsform weist die Flachbettvorrichtung einen stationären Träger 175 auf, an dem die Außenränder der Platte 55 mittels herkömmlicher Klemmen oder dergleichen befestigt sind. Eine Schreibanordnung 180 nimmt Lichtleiterkabel aus dem Bündel 77 auf und schließt eine Reihe von Linseneinheiten ein, wie oben beschrieben. Diese sind zur Platte 55 hin ausgerichtet.
Ein erster Schrittmotor 182 bewegt die Schreibanordnung 180 mit Hilfe einer Leitspindel 184 über die Platte 55, aber jetzt wird die Schreibanordnung 180 durch eine Stütze 186 anstelle eines Führungsstabes stabilisiert. Die Stütze 186 wird nach jedem Durchlauf der Schreibanordnung 180 über die Platte 55 (entlang der Leitspindel 184) entlang der dazu senkrechten Achse des Trägers 175 durch einen zweiten Schrittmotor 188 weitergerückt. Die Schrittweite ist gleich der Breite des Bildstreifens, der durch die bilderzeugende Aktivierung der Laser während des Durchlaufs der Schreibanordnung 180 über die Platte 55 erzeugt wird. Nach dem Weiterrücken der Stütze 186 kehrt der Schrittmotor 182 seine Laufrichtung um, und die Abbildung verläuft rückwärts über die Platte 55, um einen neuen Bildstreifen unmittelbar vor dem vorhergehenden Streifen zu erzeugen.
Zu beachten ist, daß die Relativbewegung zwischen der Schreibanordnung 180 und der Platte 55 keine Bewegung der Schreibanordnung I 80 in zwei Richtungen erfordert. Statt dessen kann der Träger 175 auf Wunsch in einer oder in beiden Richtungen bewegt werden. Außerdem lassen sich der Träger 175 und die Schreibanordnung 180 gleichzeitig in einer oder in beiden Richtungen bewegen. Ferner umfaßt zwar die abgebildete Schreibanordnung 180 eine geradlinige Anordnung von Linseneinheiten, aber eine versetzte Konstruktion ist gleichfalls durchführbar.

c. AUFZEICHNUNG MIT INNENBOGEN

Statt auf einem Flachbett kann der Plattenrohling auf einer bogenförmigen Oberfläche aufliegen, wie in Fig. 8 dargestellt. Diese Konfiguration erlaubt eine rotierende statt einer linearen Bewegung der Schreibanordnung und/oder der Platte.
Die Innenbogen-Abtasteinheit umfaßt einen bogenförmigen Plattenträger 200, an dem eine unbedruckte Platte 55 angeklemmt oder auf andere Weise befestigt wird. Eine L-förmige Schreibanordnung 205 umfaßt einen Bodenabschnitt, der einen Trägerstab 207 aufnimmt, und einen Vorderabschnitt, der Kanäle zur Aufnahme der Linseneinheiten enthält. In der bevorzugten Ausführungsform bleiben die Schreibanordnung 205 und der Trägerstab 207 in bezug aufeinander fixiert, und die Schreibanordnung 205 wird durch lineare Bewegung einer Zahnstange 210, die am Ende des Trägerstabs 207 montiert ist, axial über die Platte 55 fortbewegt. Die Zahnstange 210 wird durch Rotation eines Schrittmotors 212 bewegt, der an ein Zahnrad 214 gekoppelt ist, das in die Zähne der Zahnstange 210 eingreift. Nach jedem Axialdurchlauf wird die Schreibanordnung 205 durch Drehen eines Zahnrads 220, durch das der Trägerstab 207 hindurchgeht und mit dem er sich in festem Eingriff befindet, in Umfangsrichtung weitergeschaltet. Die Drehung wird durch einen Schrittmotor 222 übertragen, der über ein zweites Zahnrad 224 mit den Zähnen des Zahnrads 220 im Eingriff ist. Der Schrittmotor 222 bleibt in fester Ausrichtung mit dem Zahnrad 210.
Nach dem Weiterschalten der Schreibanordnung 205 in Umfangsrichtung kehrt der Schrittmotor 212 seine Laufrichtung um, und die Bebilderung verläuft rückwärts über die Platte 55, um einen neuen Bildstreifen unmittelbar vor dem vorhergehenden Streifen zu erzeugen.

d. AUSGANGSSTRAHLFÜHRUNG UND LINSENEINHEIT

Geeignete Mittel zum Führen des Laserausgangsstrahls zur Oberfläche eines Plattenrohlings sind in den Fig. 9-11 dargestellt. Wir nehmen zuerst Bezug auf Fig. 9, die eine entfernt angeordnete Lasereinheit zeigt, welche ein Lichtleiterkabel zur Übertragung von Laserimpulsen zur Platte verwendet. Bei dieser Anordnung empfängt eine Laserlichtquelle 250 Energie über ein elektrisches Kabel 252. Der Laser 250 ist im hinteren Abschnitt eines Gehäuses 255 untergebracht. Im Vorderteil des Gehäuses sind zwei oder mehr Fokussierlinsen 260a, 260b angeordnet, welche die aus dem Laser 250 austretende Strahlung auf die Stirnfläche eines Lichtleiterkabels 265 fokussieren, das vorzugsweise (obwohl nicht notwendigerweise) durch eine abnehmbare Haltekappe 267 innerhalb des Gehäuses 255 befestigt ist. Das Kabel 265 leitet den Ausgangsstrahl des Lasers 250 zu einer Ausgangseinheit 270, die ausführlicher in Fig. 10 dargestellt ist.
Das in Fig. 9 zur Erläuterung dargestellte Doppellinsensystem ist zwar in vielen Anordnungen hinreichend, kann aber zur Anpassung der Eigenschaften von typischen Laserdioden verbessert werden.
Fig. 14A zeigt einen gebräuchlichen Laserdiodentyp, bei dem Strahlung durch einen Schlitz 502 in der Diodenvorderseite 504 emittiert wird. Die Maße des Schlitzes 502 sind in Richtung zweier Achsen vorgegeben, einer langen Achse 5021 und einer kurzen Achse 502 s. Die Strahlung streut bei ihrem Austritt aus dem Schlitz 502 und divergiert an den Schlitzrändern. Dies ist in den Fig. 14B und 14C dargestellt. Die Streuung um die kurzen Ränder (d. h. in Richtung der langen Achse 502), wie in Fig. 14B abgebildet (wo die Diode 500 in Draufsicht betrachtet wird), ist durch einen Winkel α definiert; die Streuung um die langen Ränder (d. h. in Richtung der kurzen Achse 502, wie in Fig. 14C abgebildet (wo die Diode 500 in Seitenansicht betrachtet wird), ist durch einen Winkel β definiert. Die numerische Apertur (NA) des Schlitzes 502 in Richtung jeder der beiden Achsen ist als der halbe Sinuswert des Streuwinkels definiert.
Für eine optimale Leistung gilt α = β, und die einheitliche numerische Apertur NA ist kleiner als 0,3, und vorzugsweise kleiner als 0,2. Kleine NA-Werte entsprechen großen Schärfentiefen und bieten daher Arbeitstoleranzen, die eine bequeme Fokussierung der Strahlung auf die Stirnfläche eines Lichtleiterkabels erleichtern. Ohne Korrektur sind jedoch diese wünschenswerten Bedingungen gewöhnlich unmöglich; die Laserdiode 500 strahlt typischerweise nicht in einem konstanten Winkel, wobei die Divergenz an den kurzen Rändern größer ist als an den langen Rändern, also β > α.
Angenommen, die NA in Richtung der langen Achse 5021 liege innerhalb akzeptabler Grenzen, dann kann die NA in Richtung der kurzen Achse 502 s durch Steuerung der Streuung um die langen Ränder an die NA in Richtung der langen Achse angenähert werden. Dies wird durch Verwendung einer Divergenzminderungslinse erreicht. Geeignete Konfigurationen für eine solche Linse sind unter anderem ein Zylinder, ein plankonvexer Stab und die in Fig. 15 dargestellte konkav-konvexe Schale. Die Divergenzminderungslinse ist angrenzend an den Schlitz 502 mit ihrer Länge in Richtung der langen Achse 5021 und mit ihrer konvexen Fläche an den Schlitz angrenzend angeordnet.
Wenn die NA in Richtung der langen Achse 5021 gleichfalls akzeptable Grenzwerte übersteigt, kann die Streuung um die kurzen Ränder mit Hilfe einer geeigneten Kondensorlinse vermindert werden. In diesem Fall werden die optischen Eigenschaften der Divergenzminderungslinse 520 so gewählt, daß die NA in Richtung der kurzen Achse 502 s nach der Korrektur der NA in Richtung der langen Achse 5021 nahekommt.
Die vorteilhafte Anwendung einer Divergenzminderungslinse ist nicht auf schlitzartige Emissionsöffnungen beschränkt. Derartige Linsen können zweckmäßig auf jede asymmetrische Emissionsöffnung angewandt werden, um rund um deren Umfang eine gleichmäßige Streuung sicherzustellen.
Bei voller Korrektur der durch den Schlitz 502 emittierten Strahlung entsprechend der obigen Beschreibung kann diese durch eine geeignete optische Anordnung, wie z. B. die in Fig. 16 dargestellte, direkt auf die Stirnfläche eines Lichtleiterkabels fokussiert werden. Die abgebildete optische Anordnung umfaßt eine Divergenzminderungslinse 520, die entsprechend der obigen Beschreibung bezüglich der Diode 500 ausgerichtet ist; eine Kollimationslinse 525, welche die korrigierte, aber noch divergente Strahlung zu parallelen Strahlen ausrichtet; und eine Fokussierlinse 530, welche die parallelen Strahlen auf die Stirnfläche 265f des Lichtleiterkabels 265 fokussiert. In bestimmten Fällen ist es möglich, die Linsen 525 und 530 durch eine einzige doppeltkonvexe Linse 535 zu ersetzen, wie dargestellt.
Es kann sich auch als notwendig oder wünschenswert erweisen, eine (optische) Faser mit einer Stirnfläche 265f zu verwenden, deren Durchmesser kleiner ist als die Länge der großen Diodenachse. Wenn die in Richtung der langen Achse emittierte Strahlung nicht optisch gebündelt wird, dann muß der Verlust an Strahlung, die nicht auf die Stirnfläche 265f auffällt, entweder hingenommen werden, oder die Stirnfläche muß verzerrt werden (z. B. zu einer Ellipse), um sie den Maßen des Schlitzes 502 genauer anzupassen.
Wir nehmen nun Bezug auf Fig. 10, die eine zur Erläuterung dargestellte Ausgangseinheit zur Strahlführung vom Lichtleiterkabel 265 zur Abbildungsfläche zeigt. Wie in der Figur dargestellt, tritt das Lichtleiterkabel 265 durch eine Haltekappe 274 (die vorzugsweise abnehmbar ist) in die Einheit 270 ein. Die Haltekappe 274 paßt über einen im allgemeinen röhrenförmigen Körner 276, der mehrere Gewindegänge 278 enthält. Innerhalb des Vorderteils des Körpers 276 sind zwei oder mehr Fokussierlinsen 280a, 280b montiert. Das Kabel 265 wird durch eine Hülse 280 ein Stück weit durch den Körper 276 geführt. Der Körper 276 bildet einen Hohlkanal zwischen der inneren Linse 280b und dem Abschluß der Hülse 280, so daß die Stirnfläche des Kabels 265 in einem gewählten Abstand A von der inneren Linse 280b liegt. Der Abstand A und die Brennweiten der Linsen 280a, 280b werden so gewählt, daß bei normalem Arbeitsabstand von der Platte 55 der aus dem Kabel 265 austretende Strahl präzise auf die Plattenoberfläche fokussiert wird. Dieser Abstand kann verändert werden, um die Größe eines Bildstrukturelements zu ändern. Der Körper 276 kann auf irgendeine geeignete Weise an der Schreibanordnung 65 befestigt werden. In der dargestellten Ausführungsform greift eine Mutter 282 in das Gewinde 278 ein und fixiert einen äußeren Flansch 284 des Körpers 276 an der Außenfläche der Schreibanordnung 65. Der Flansch kann wahlweise ein durchsichtiges Fenster 290 enthalten, um die Linsen gegen mögliche Beschädigung zu schützen.
Alternativ kann die Linseneinheit innerhalb der Schreibanordnung auf einem Drehzapfen montiert werden, der eine Drehung in axialer Richtung gestattet (d. h. in bezug auf Fig. 10, durch die Papierebene), um eine axiale Feineinstellung zu erleichtern. Wir haben festgestellt, daß, wenn der Drehwinkel auf höchstens 4º gehalten wird, der durch die Drehung erzeugte Fehler in Umfangsrichtung elektronisch korrigiert werden kann, indem die Bilddaten vor ihrer Übertragung zur Steuereinrichtung 80 verschoben werden.
Wir nehmen nun Bezug auf Fig. 11, die eine alternative Konstruktion zeigt, bei der die Laserlichtquelle ohne Übertragung durch Lichtleiterkabel die Plattenoberfläche direkt bestrahlt. Wie in der Figur dargestellt, befindet sich die Laserlichtquelle 250 im hinteren Abschnitt eines offenen Gehäuses 300. Im Vorderteil des Gehäuses 300 sind zwei oder mehr Fokussierlinsen 302a, 302b montiert, welche die aus dem Laser 250 austretende Strahlung auf die Oberfläche der Platte 55 fokussieren. Das Gehäuse kann wahlweise ein bündig mit dem offenen Ende montiertes, durchsichtiges Fenster 305 sowie eine Wärmesenke 307 aufweisen.
Es dürfte zu erkennen sein, daß in der vorstehenden Diskussion von Abbildungskonfigurationen und in den beigefügten Figuren zwar die Verwendung von optischen Fasern angenommen wurde, daß aber in jedem Falle durch Verwendung der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform die Fasern weggelassen werden können.

e. TREIBERSCHALTUNGEN

Eine geeignete Schaltung zum Steuern eines Lasers vom Diodentyp (z. B. eines Galliumarsenid- Lasers) ist schematisch in Fig. 12 dargestellt. Der Betrieb der Schaltung wird durch die Steuereinrichtung 80 reguliert, die ein Signal mit fester Impulsbreite (vorzugsweise von 5 bis 20 us Dauer) für einen Hochgeschwindigkeits-Hochstrom-MOSFET-Treiber 325 erzeugt. Der Ausgangsanschluß des Treibers 325 ist mit dem Gate eines MOSFETs 327 verbunden. Da der Treiber 325 einen hohen Ausgangsstrom liefern kann, um die MOSFET-Gate-Kapazität schnell aufzuladen, sind die Ein- und Abschaltzeiten für den MOSFET 327 trotz der kapazitiven Last sehr kurz (vorzugsweise nicht länger als 0,5 s). Der Source- Anschluß des MOSFETs 327 ist auf Massepotential gelegt.
Wenn der MOSFET 327 auf Durchlaß geschaltet wird, fließt ein Strom und aktiviert dadurch eine Laserdiode 330. Ein regelbarer Strombegrenzungswiderstand 332 ist zwischen dem MOSFET 327 und der Laserdiode 330 eingefügt, um die Einstellung des Diodenausgangssignals zu ermöglichen. Eine solche Einstellung ist beispielsweise für die Korrektur unterschiedlicher Diodenleistungen und zur Erzeugung identischer Ausgangssignale in allen Lasern im System nützlich, oder um den Laserausgangsstrahl als Mittel zur Steuerung der Bildgröße zu variieren.
Über die Anschlüsse der Laserdiode 330 wird ein Kondensator 334 gelegt, um schädliche Stromspitzen zu verhindern, z. B. als Ergebnis der Leiterinduktivität in Kombination mit einer niedrigen Kapazität zwischen den Elektroden der Laserdiode.

2. FLACHDRUCKPLATTEN

Im folgenden wird auf die Fig. 13A-13H Bezug genommen, die verschiedene Ausführungsformen von Flachdruckplatten darstellen, die unter Verwendung der weiter oben beschriebenen Geräte bebildert werden können. Zweischichtige Platten werden einbezogen, wobei auf diejenigen Merkmale verwiesen wird, die auf die nachstehend beschriebenen dreischichtigen Plattenkonstruktionen anwendbar sind, welche die Erfindung verkörpern. Die in Fig. 13A dargestellte Platte umfaßt ein Substrat 400, eine Schicht 404, die Infrarotstrahlung absorbieren kann, und eine Oberflächenüberzugsschicht 408.
Das Substrat 400 ist vorzugsweise fest, widerstandsfähig und flexibel und kann eine Polymerfolie oder ein Papier oder eine Metallfolie sein. Polyesterfolien (in der bevorzugten Ausführungsform das Produkt Mylar, vertrieben von E.I. DuPont de Nemours Co., Wilmington, DE, oder als Alternative das Produkt Melinex, vertrieben von ICI Films, Wilmington, DE) sind brauchbare Beispiele. Eine bevorzugte Dicke der Polyesterfolie ist 0,18 mm (0,007 Zoll), aber auch dünnere und dickere Ausführungen können mit Erfolg eingesetzt werden. Ein bevorzugtes Metallsubstrat ist Aluminium. Papiersubstrate sind typischerweise mit polymeren Stoffen "gesättigt", um ihnen Wasserfestigkeit, Formbeständigkeit und Festigkeit zu verleihen.
Zur Erhöhung der Festigkeit kann das in US 5188032 beschriebene Verfahren angewandt werden. Wie in dieser Patentanmeldung diskutiert, kann eine Metallfolie entweder auf die Substratmaterialien auflaminiert oder statt dessen direkt als Substrat verwendet und auf die Absorptionsschicht 404 auflaminiert werden. Geeignete Metalle, Laminierverfahren und bevorzugte Abmessungen und Arbeitsbedingungen werden in US 5188032 beschrieben und können ohne übermäßiges Experimentieren direkt auf den vorliegenden Zusammenhang angewandt werden. Die Absorptionsschicht kann aus einem Polymersystem bestehen, das eine Eigenabsorption im nahen IR-Bereich aufweist, oder aus einer Polymerschicht, in der im nahen IR-Bereich absorbierende Komponenten dispergiert oder gelöst sind.
Die Schichten 400 und 408 weisen entgegengesetzte Affinitäten zu Druckfarbe oder zu einem farbabweisenden Fluid auf. In dieser Naßplattenversion ist die Oberflächenschicht 408 ein hydrophiles Material, wie beispielsweise ein Polyvinylalkohol (z. B. das Material Airvol 125, geliefert von Air Products, Allentown, PA), während das Substrat 400 sowohl oleophil als auch hydrophob ist.
Durch Belichtung der vorstehenden Konstruktion mit dem Ausgangsstrahl eines unserer Laser an der Oberflächenschicht 408 wird diese Schicht geschwächt und die Absorptionsschicht 404 im Belichtungsbereich abgetragen. Wie weiter oben festgestellt, wird die geschwächte Oberflächenschicht (sowie etwaige Trümmer, die von der Zerstörung der absorbierenden zweiten Schicht zurückbleiben) in einem Reinigungsschritt nach dem Bebildern entfernt.
Als Alternative können die Konstruktionen von der Rückseite her bebildert werden, d. h. durch das Substrat 400 hindurch. Solange die Schicht für Laserstrahlung durchlässig ist, übt der Strahl weiter die Funktionen des Abtragens der Absorptionsschicht 404 und der Schwächung der Oberflächenschicht 408 aus. Obwohl dieses Verfahren der "rückseitigen Bebilderung" keine wesentliche zusätzliche Laserleistung erfordert (die Energieverluste beim Durchgang durch ein weitgehend durchlässiges Substrat 400 sind minimal), beeinflußt es die Art und Weise der Fokussierung des Laserstrahls für die Bebilderung. Gewöhnlich wird bei einer dem Laserausgang benachbarten Oberflächenschicht 408 der Laserstrahl auf die Ebene der Oberflächenschicht 408 fokussiert. Im Falle der rückseitigen Bebilderung muß dagegen der Strahl durch das Substratmedium 400 projiziert werden, bevor er auf die Absorptionsschicht 404 auftrifft. Daher muß der Strahl nicht nur auf die Oberfläche einer inneren Schicht (d. h. der Absorptionsschicht 404) statt auf die Außenfläche der Konstruktion fokussiert werden, sondern bei dieser Fokussierung ist außerdem die Brechung des Strahls zu berücksichtigen, die durch seinen Durchgang durch das Substrat 400 verursacht wird.
Da die Plattenschicht, die dem Laserausgang zugewandt ist, bei der rückseitigen Bebilderung intakt bleibt, verhindert dieses Verfahren, daß sich in dem Bereich zwischen der Platte und dem Laserausgang Trümmer ansammeln, die durch Abtragung entstehen. Ein weiterer Vorteil der rückseitigen Bebilderung ist der Wegfall der Bedingung, daß die Oberflächenschicht 408 Laserstrahlung wirksam durchlassen muß. Die Oberflächenschicht 408 kann tatsächlich für solche Strahlung völlig undurchlässig sein, solange sie für Zersetzung und anschließendes Entfernen anfällig bleibt.

REFERENZBEISPIELE 1-7

Diese Beispiele beschreiben die Herstellung von Positiv-Trockenplatten mit Silicon- Überzugsschichten und Polyestersubstraten, die mit Nitrocellulose-Materialien beschichtet sind, welche die Absorptionsschichten bilden. Nachstehend wird anhand dieser Beispiele die Herstellung von Naßplatten beschrieben, welche die Erfindung verkörpern. Die Nitrocellulose-Überzugsschichten weisen Hitzehärtbarkeit auf und werden wie folgt hergestellt:

Komponente Teile

Nitrocellulose 14
Cymel 303 2
2-Butanon (Methylethylketon) 236
Die verwendete Nitrocellulose war nasse 5-6 Sec RS Nitrocellulose in 30% Isopropanol, geliefert von Aqualon Co., Wilmington, DE. Cymel 303 ist Hexamethoxymethylmelamin, geliefert von American Cyanamid Corp.
Dieser Grundzusammensetzung wird eine IR-absorbierende Verbindung zugesetzt und darin dispergiert. Die Verwendung der folgenden sieben Verbindungen in den unten angegebenen Anteilen führte zur Herstellung brauchbarer Absorptionsschichten:
NaCure 2530, geliefert von King Industries, Norwalk, CT, ist eine amingeblockte p- Toluolsulfonsäurelösung in einem IsopropanollMethanol-Gemisch. Vulcan XC-72 ist ein leitfähiges Rußpigment, geliefert von der Special Blacks Division der Cabot Corp., Waltham, MA. Das in Beispiel 2 eingesetzte Titancarbid war Cerex-Submikron-TiC-Pulver, geliefert von Baikowski International Corp., Charlotte, NC. Heliogen Green L 8730 ist ein grünes Pigment, geliefert von der BASF Corp., Chemicals Division, Holland, MI. Nigrosinbase NG-1 wird als Pulver von NH Laboratories, Inc., Harrisburg, PA, geliefert.
Nach Zugabe des IR-Absorbers und dessen Dispersion in der Grundzusammensetzung wurde der geblockte PTSA-Katalysator zugesetzt, und die entstehenden Gemische wurden mit einer Spiralrakel auf das Polyestersubstrat aufgebracht. Nach dem Trocknen zur Entfernung des bzw. der flüchtigen Lösungsmittel und dem Aushärten (1 min bei 148ºC in einem Labor-Konvektionsofen erfüllte beide Funktionen) wurden die Beschichtungen mit 1 g/m' aufgebracht.
Der Nitrocellulose-Hitzehärtungsmechanismus erfüllt zwei Funktionen, nämlich die Verankerung der Schicht am Polyestersubstrat und eine erhöhte Lösemittelbeständigkeit (von besonderer Bedeutung in einem Druckereimilieu).
Auf jede der verankerten IR-Absorptionsschichten, hergestellt entsprechend den oben beschriebenen sieben Beispielen, wurde die folgende Siliconschicht aufgebracht.

Komponente Teile

PS-445 22,56
PC-072 0,70
VM&P Naphtha 76,70
Syl-Off 7367 0,04
(Diese Komponenten werden in US 5118032; US 5212048 und US 5310869 ausführlicher beschrieben, und ihre Bezugsquellen werden angegeben. Diese beschreiben zahlreiche weitere Siliconformulierungen, die als Material einer oleophoben Schicht 408 verwendbar sind.)
Das Gemisch wurde mit einer Spiralrakel aufgebracht, dann getrocknet und ausgehärtet, um eine gleichmäßige Beschichtung von 2 g/m² zu erzeugen. Die Platten sind dann fertig zum Bebildern.

REFERENZBEISPIELE 8-9

Diese Beispiele, von denen Beispiel 9 unter Bezugnahme auf die Herstellung einer die Erfindung verkörpernden Naßplatte angeführt wird, liefern Beschichtungen, die auf anderen Polymeren als Nitrocellulose basieren, die aber an Polyesterfolie haften und mit Silicon überzogen werden können, um Trockenplatten herzustellen.
[EMI-TB]Ucar Vinyl VAGH ist ein hydroxyfunktionelles Vinylterpolymer, geliefert von Union Carbide Chemicals & Plastics Co., Danbury, CT. Saran F-310 ist ein Vinylidendichlorid-Acrylnitril-Copolymer, geliefert von Dow Chemical Co., Midland, MI.
Die Gemische wurden jeweils mit Hilfe einer Spiralrakel auf eine Polyesterfolie aufgebracht und getrocknet, um eine gleichmäßige, mit 1 g/m² aufgebrachte Beschichtung herzustellen. Darauf wurde eine Siliconschicht aufgebracht, um eine Arbeitstrockenplatte herzustellen.

BEISPIEL 1 ZUR NAßPLATTENHERSTELLUNG

Zur Herstellung einer Naßplatte wird das Polymer auf Polyvinylidendichlorid-Basis von Beispiel 16 als Grundierung verwendet und auf die Schicht gemäß Beispiel 1 wie folgt aufgebracht:

Komponente Teile

Saran F-310 5
2-Butanon 95
Die Grundierung wird durch Mischen der vorstehenden Komponenten hergestellt und mit Hilfe einer Spiralrakel auf die Beschichtung gemäß Beispiel 1 aufgebracht. Die grundierte Schicht wird 1 min bei 149ºC (300ºF) in einem Laborkonvektionsofen getrocknet, um ein Auftragsgewicht von 0,1 g/m² zu erzielen.
Dann wird unter Verwendung der folgenden Polyvinylalkohollösung eine hydrophile Plattenoberfläche hergestellt:

Komponente Teile

Airvol 125 5
Wasser 95
Airvol 125 ist ein stark hydrolysierter Polyvinylalkohol, geliefert von Air Products, Allentown, PA.
Diese Beschichtungslösung wird mit einer Spiralrakel auf das grundierte, beschichtete Substrat aufgebracht, das 1 min bei 149ºC (300ºF) in einem Laborkonvektionsofen getrocknet wird. Ein Auftragsgewicht von 1 g/m² liefert eine Naßdruckplatte, die für etwa 10000 Drucke geeignet ist.
Zu beachten ist, daß Polyvinylalkohole typischerweise durch Hydrolyse von Polyvinylacetatpolymeren erzeugt werden. Der Hydrolysegrad beeinflußt eine Reihe von physikalischen Eigenschaften, einschließlich der Wasserfestigkeit und der Haltbarkeit. Um daher eine hinreichende Haltbarkeit der Platte sicherzustellen, zeigen die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Polyvinylalkohole einen hohen Hydrolysegrad sowie ein hohes Molekulargewicht. Wirksame hydrophile Beschichtungen sind ausreichend vernetzt, um eine Wiederauflösung infolge der Einwirkung eines Feuchtmittels zu verhindern, enthalten aber auch Füllstoffe, um benetzungsfördernde Oberflächentexturen zu erzeugen. Die Auswahl eines geeigneten Gemischs von Eigenschaften für eine bestimmte Anwendung entspricht durchaus der Sachkenntnis von Praktikern auf diesem Gebiet.

BEISPIEL 2 ZUR NAßPLATTENHERSTELLUNG

Das gerade beschriebene Polyvinylalkohol-Oberflächenbeschichtungsgemisch wird mit Hilfe einer Spiralrakel direkt auf den in Beispiel 16 beschriebenen verankerten Überzug aufgebracht und dann 1 min bei 149ºC (300ºF) in einem Laborkonvektionsofen getrocknet. Ein Auftragsgewicht von 1 g/m² liefert eine Naßdruckplatte, die sich für 10000 Drucke eignet.
Durch Ersetzen der Nigrosinbase NG-1 von Beispiel 16 durch Ruß (Vulcan XC-72) oder Heliogen Green L 8730 können verschiedene andere Platten hergestellt werden.
Wir nehmen nun Bezug auf Fig. 13C, die (unter Bezugnahme auf eine nachstehend beschriebene Ausführungsform der Erfindung) eine zweischichtige Platte mit einem Substrat 400 und einer Oberflächenschicht 416 darstellt. In diesem Fall absorbiert die Oberflächenschicht 416 Infrarotstrahlung. Diese Anordnung weist eine Silicon-Oberflächenschicht 416 auf, die eine Dispersion eines IRabsorbierenden Pigments oder Farbstoffs enthält. Wir haben festgestellt, daß viele von den in US 5109771; 5165345 und US 5249525 beschriebenen Oberflächenschichten, die Füllstoffteilchen enthalten, die das Funkenabbildungsverfahren unterstützen, auch als IR-absorbierende Oberflächenschicht dienen können. Tatsächlich sind die einzigen als IR-Absorber völlig ungeeigneten Füllstoffpigmente diejenigen, deren Oberflächenmorphologien stark reflektierende Oberflächen ergeben.
So verdanken weiße Teilchen, wie z. B. TiO&sub2; und ZnO, ihre hellen Farbtönungen einer wirksamen Reflexion von einfallendem Licht und erweisen sich für die Verwendung als ungeeignet.
Bei den als IR-Absorber geeigneten Teilchen besteht keine direkte Korrelation zwischen der Leistungsfähigkeit im vorliegenden Milieu und dem Grad der Verwendbarkeit als Füllstoff für Funkenentladungsplatten. Tatsächlich absorbieren eine Reihe von Verbindungen, die für die Bebilderung mittels Funkenentladung von begrenztem Nutzen sind, IR-Strahlung ziemlich gut. Halbleitende Verbindungen weisen anscheinend, als Klasse gesehen, die besten Leistungseigenschaften für die vorliegende Erfindung auf. Ohne uns an irgendeine bestimmte Theorie oder einen Mechanismus zu binden, glauben wir, daß Elektronen, die sich energetisch in Leitungsbändern befinden bzw. an diese angrenzen, durch Absorption von IR-Strahlung ohne weiteres in das Band und innerhalb des Bandes angehoben werden können, ein Mechanismus, der mit der bekannten Neigung von Halbleitern übereinstimmt, wegen der thermischen Anhebung von Elektronen in Leitungsbänder nach Erwärmung eine erhöhte Leitfähigkeit aufzuweisen.
Gegenwärtig hat es den Anschein, daß Metallboride, Carbide, Nitride, Carbonitride, bronzestrukturierte Oxide und Oxide, die strukturell mit der Bronze-Familie verwandt sind, denen aber die A-Komponente (z. B. WO2.9) fehlt, am besten abschneiden.
Die IR-Absorption kann durch Hinzufügen einer IR-reflektierenden Fläche unterhalb der IRabsorbierenden Schicht (welche die Schicht 404 oder die Schicht 416 sein kann) weiter verbessert werden. Dieses Verfahren bietet eine maximale Verbesserung in Fällen, wo sonst zur Abtragung der absorbierenden Schicht hohe Leistungen erforderlich wären. Fig. 13D zeigt den Einbau einer reflektierenden Schicht 418 zwischen den Schichten 416 und 420. Zur Herstellung einer Trockenplatte mit dieser Schicht wird eine dünne Schicht aus reflektierendem Metall, vorzugsweise Aluminium mit einer Dicke im Bereich von 20 bis 70 nm (200 bis 700ä), durch Vakuumbedampfen oder Sputtern direkt auf das Substrat 400 aufgebracht; geeignete Mittel zum Aufbringen sowie alternative Materialien werden in Verbindung mit der Schicht 178 von Fig. 4F in der früher erwähnten US 4911075 beschrieben. Die Siliconschicht wird dann auf die gleiche Weise wie oben beschrieben auf die Schicht 418 aufgebracht. Belichtung mit dem Laserstrahl führt zur Abtragung der Schicht 418. Auf ähnliche Weise kann eine dünne Metallschicht zwischen den Schichten 404 und 400 der in Fig. 13A dargestellten dreischichtigen Platte eingefügt werden.
Die richtige Dicke der dünnen Metallschicht ist durch Durchlässigkeitseigenschaften und durch die Leichtigkeit der Abtragung bestimmt. Die Schicht 418 sollte fast die gesamte darauf auffallende Strahlung reflektieren und außerdem ausreichend dünn sein, um einen zu hohen Leistungsbedarf für die Abtragung zu vermeiden; während Aluminium ein ausreichendes Reflexionsvermögen bei geringen Dicken aufweist, um als kommerziell realistisches Material für die Schicht 418 zu dienen (obwohl der Leistungsbedarf auch bei Verwendung von Aluminium höher sein kann als bei Konstruktionen, die keine derartige Schicht enthalten), wird der Fachmann erkennen, daß die verschiedensten Metalle und Legierungen als Alternativen zu Aluminium verwendbar sind.
Als Alternative zu einer reflektierenden Metallschicht kann man auch eine Schicht verwenden, die ein Pigment enthält, das IR-Strahlung reflektiert. Eine solche Schicht kann wiederum unter der Schicht 408 oder 416 liegen, kann aber in diesem Fall auch als Substrat 400 dienen. Ein geeignetes Material zur Verwendung als IR-reflektierendes Substrat ist die von ICI Films, Wilmington, DE, gelieferte White 329- Folie, in der IR-reflektierendes Bariumsulfat als weißes Pigment verwendet wird.
Siliconbeschichtungs-Formulierungen, die sich besonders gut zum Aufbringen auf eine Aluminiumschicht eignen, werden in US 5188032 und 5212048 beschrieben. Insbesondere kommerziell hergestellte Pigment/Gummi-Dispersionen können vorteilhaft in Verbindung mit einer zweiten Komponente von niedrigerem Molekulargewicht eingesetzt werden.
In den folgenden Beschichtungsbeispielen werden die Pigment/Gummi-Gemische, die sämtlich auf Rußpigment basieren, von Wacker Silicones Corp., Adrian, MI, bezogen. In getrennten Verfahren werden unter Verwendung von PS-445 und von Dispersionen, die unter den Bezeichnungen C-968, C-1022 und C- 1190 vertrieben werden, nach den in US 5188032 und 5212048 skizzierten Verfahren Beschichtungen hergestellt. Zur Herstellung von Beschichtungsmasse werden die folgenden Formulierungen verwendet:
Dann werden unter Verwendung der folgenden Anteile Beschichtungs-Chargen hergestellt, wie in US 5188032 und 5212048 beschrieben:

KOMPONENTE TEILE

Beschichtungsmasse 100
VM&P-Naphtha 100
PS-120 (Teil B) 0,6
Die Beschichtungen werden direkt auf Aluminiumschichten aufgebracht und enthalten brauchbares IR-absorbierendes Material. Wir haben außerdem festgestellt, daß eine Metallschicht, die so angeordnet ist, wie in Fig. 13D dargestellt, wenn sie dünn genug ausgeführt ist, die Bebilderung unterstützen kann, indem sie IR-Strahlung absorbiert, statt sie zu reflektieren. Dieses Verfahren ist nützlich in Fällen, wo die Schicht 416 IR-Strahlung absorbiert (wie in Fig. 13D betrachtet) oder für diese Strahlung durchlässig ist. Im ersteren Fall bietet die sehr dünne Metallschicht ein zusätzliches Absorptionsvermögen (statt die Strahlung in die Schicht 416 zurück zu reflektieren); im letzteren Fall funktioniert diese Schicht ebenso wie die Schicht 404 in Fig. 13A.
Um eine absorbierende Funktion zu erfüllen, sollte die Metallschicht 418 einen hohen Anteil von 70% (und mindestens von 5%) der darauf auffallenden IR-Strahlung durchlassen; bei ungenügender Durchlässigkeit reflektiert die Schicht Strahlung, statt sie zu absorbieren, während zu hohe Durchlässigkeitswerte anscheinend mit ungenügender Absorption verbunden sind. Geeignete Aluminiumschichten sind merklich dünner als die Dicke von 20-70 nm (200-700 Å), die bei einer voll reflektierenden Schicht verwendbar ist.
Da eine solche dünne Metallschicht unter Umständen diskontinuierlich ist, kann es nützlich sein, eine Haftverstärkerschicht hinzuzufügen, um die Oberflächenschicht besser an den anderen (nichtmetallischen) Plattenschichten zu verankern. Die Einlagerung einer solchen Schicht ist in Fig. 13E dargestellt. Dieser Aufbau enthält ein Substrat 400, die darauf aufgebrachte Haftverstärkerschicht 420, eine dünne Metallschicht 418 und eine Oberflächenschicht 408. Geeignete Haftverstärkerschichten, manchmal als Druck- oder Beschichtungsfähigkeitsbehandlung bezeichnet, werden bei verschiedenen Polyesterfolien mitgeliefert, die als Substrate verwendet werden können. Zum Beispiel eignen sich die von E.I. duPont de Nemours Co. Wilmington, DE, vertriebenen J-Folien und das von ICI Films, Wilmington, DE, vertriebene Melinex 453 als Schichten 400 und 420. Im allgemeinen ist die Schicht 420 sehr dünn (mit einer Dicke in der Größenordnung von 1 um oder weniger) und basiert, wenn sie zusammen mit einem Polyestersubstrat eingesetzt wird, auf Acryl- oder Polyvinylidenchlorid-Systemen.
Man kann auch eine im nahen IR absorbierende Schicht zu der in Fig. 13E dargestellten Konstruktion hinzufügen, um einen etwaigen Mangel an IR-Absorptionsvermögen in der Oberflächenschicht 408 zu beseitigen, wobei aber eine sehr dünne Metallschicht allein ein unzureichendes Absorptionsvermögen liefert. Wir nehmen jetzt Bezug auf Fig. 13F, die eine solche Konstruktion darstellt. Eine IR-absorbierende Schicht 404, wie oben beschrieben, ist unter der Oberflächenschicht 408 und über der sehr dünnen Metallschicht 418 eingefügt worden. Die Schichten 404 und 418, die beide während der Bebilderung durch Laserstrahlung abgetragen werden, wirken zusammen, um diese Strahlung zu absorbieren und zu konzentrieren, wodurch ihre eigene wirksame Abtragung sichergestellt wird. Für Platten, die in rückseitiger Ausrichtung bebildert werden sollen, wie oben beschrieben, können die relativen Positionen der Schichten 418 und 404 umgekehrt werden, und die Schicht 400 kann so gewählt werden, daß sie lichtdurchlässig ist. Eine solche Alternative ist in Fig. 13 G dargestellt.
Zur Herstellung der in den Fig. 13A-13H dargestellten Platten kann irgendeiner aus einer Reihe von Produktionsabläufen vorteilhaft angewandt werden. In einem repräsentativen Ablauf wird ein Substrat 400 (das zum Beispiel Polyester oder ein leitfähiges Polycarbonat sein kann) metallisiert, um eine reflektierende Schicht 418 zu bilden, und dann mit Silicon oder einem Fluorpolymer beschichtet (wobei jedes der beiden eine Dispersion eines IR-absorbierenden Pigments enthalten kann), um eine Oberflächenschicht 408 zu bilden; diese Schritte werden ausgeführt, wie beispielsweise in US 5165345 in Verbindung mit den Fig. 4F und 4 G beschrieben.
Alternativ kann auf die Oberflächenschicht 408 zusätzlich eine Sperrschicht aufgebracht werden, und die übrigen Plattenschichten können von dieser Schicht aus aufgebaut werden. Eine Sperrschicht kann im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine Reihe nützlicher Funktionen erfüllen. Erstens müssen, wie weiter oben beschrieben, die durch Belichtung mit Laserstrahlung geschwächten Abschnitte der Oberflächenschicht 408 entfernt werden, bevor die bebilderte Platte zum Drucken verwendet werden kann. Bei Anwendung einer rückseitigen Abbildungsanordnung kann die Strahlungseinwirkung auf die Oberflächenschicht 408 dazu führen, daß diese in geschmolzenem Zustand, oder als Abziehbild, auf der Innenfläche der Sperrschicht abgeschieden wird; durch anschließendes Abziehen der Sperrschicht werden dann überflüssige Teile der Oberflächenschicht 408 entfernt. Eine Sperrschicht ist auch nützlich, wenn die Platten Metallunterlagen enthalten sollen (wie in US 5128032 beschrieben) und daher in Massenfertigung direkt auf einem Metallbund hergestellt und in Rollenform gelagert werden; in diesem Falle kann die Oberflächenschicht 408 durch Kontakt mit dem Metallbund beschädigt werden.
Ein repräsentativer Aufbau, der eine solche Sperrschicht enthält, dargestellt durch das Bezugszeichen 425, ist in Fig. 13H abgebildet; dabei versteht es sich jedoch, daß die Sperrschicht 425 in Verbindung mit jeder der hier diskutierten Plattenausführungsformen eingesetzt werden kann. Die Sperrschicht 425 ist vorzugsweise glatt, haftet nur schwach an der Oberflächenschicht 408, ist fest genug, um bei den bevorzugten Dicken von Hand abgezogen werden zu können, und ausreichend hitzebeständig, um die mit dem Aufbringen der Oberflächenschicht 408 verbundenen thermischen Prozesse auszuhalten. Hauptsächlich aus wirtschaftlichen Gründen liegen die bevorzugten Dicken im Bereich von 0,01-0,05 mm (0,00025 bis 0,002 Zoll). Unser bevorzugtes Material ist Polyester; es können jedoch auch Polyolefine (wie z. B. Polyethylen oder Polypropylen) eingesetzt werden, wobei allerdings die typischerweise niedrigere Wärmebeständigkeit und Festigkeit solcher Materialien die Verwendung von dickeren Schichten erfordern können.
Die Sperrschicht 425 kann nach dem Aushärten der Oberflächenschicht 408 (in welchem Falle die Wärmetoleranz nicht wichtig ist) oder vor dem Aushärten aufgebracht werden; zum Beispiel kann die Sperrschicht 425 über der noch nicht ausgehärteten Schicht 408 aufgebracht und aktinische Strahlung durchgeschickt werden, um die Aushärtung zu bewirken.
Eine Möglichkeit zur Herstellung des dargestellten Aufbaus ist das Beschichten der Sperrschicht 425 mit einem Siliconmaterial (das, wie oben festgestellt, IR-absorbierende Pigmente enthalten kann), um die Schicht 408 zu erzeugen. Diese Schicht wird dann metallisiert, und die resultierende Metallschicht wird auf das Substrat 400 aufgebracht oder auf andere Weise daran fixiert. Dieses Verfahren ist besonders gut verwendbar, um glatte Oberflächenschichten zu erzielen, die hohe Konzentrationen an Dispersionsmitteln enthalten, die der Oberfläche normalerweise eine unerwünschte Textur verleihen würden.
Man wird daher erkennen, daß wir ein äußerst vielseitiges Abbildungssystem und eine Vielzahl von Platten zur Verwendung mit diesem System entwickelt haben. Die hierin verwendeten Begriffe und Ausdrücke haben beschreibende und nicht einschränkende Funktion, und bei der Verwendung derartiger Begriffe und Ausdrücke ist nicht beabsichtigt, etwaige Äquivalente der dargestellten und beschriebenen Merkmale oder Teile davon auszuschließen, sondern man erkennt, daß verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne vom Umfang der beigfügten Patentansprüche abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum Bebildern einer Flachdruckplatte, mit den folgenden Schritten:

Bereitstellen einer Platte mit einer Arbeitsfläche, die aufweist: eine erste Schicht (408), eine unter der ersten Schicht liegende zweite Schicht (404, 418), wobei die zweite Schicht, aber nicht die erste Schicht einer abtragenden bzw. ablativen Absorption von bilderzeugender Infrarotstrahlung ausgesetzt ist, und ein unter der zweiten Schicht liegendes Substrat (400), wobei die erste Schicht (408) hydrophil und das Substrat (400) oleophil und hydrophob ist;

Anordnen mindestens einer Laserquelle (L1, L2, ..., LN), die einen infraroten Ausgangsstrahl erzeugen kann, in einem Abstand gegenüber der Arbeitasfläche der Platte;

Führen des Ausgangsstrahls jedes Lasers, um ihn auf die Arbeitsfläche zu fokussieren;

Bewegen der Führungseinrichtung und der Trägereinrichtung relativ zueinander, um eine Abtastung der Arbeitsfläche durch den Laserausgangsstrahl auszuführen; und

selektive Belichtung der Arbeitsfläche mit dem Laserausgangsstrahl während der Abtastung in einem Muster, das ein Bild darstellt, um die erste und die zweite Schicht zu entfernen oder ihre Entfernung zu erleichtern, wodurch direkt auf der Platte eine Anordnung von Bildmerkmalen erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt mit selektiver Belichtung mit einer Geschwindigkeit von mindestens 40000 Impulsen/Sekunde abläuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das ferner den Schritt zum Betreiben jeder Laserquelle mit einer Ausgangsleistung von mindestens 0,03 MW/cm² (0,2 MW/Zoll²) aufweist.

4. Verfahren zum Drucken mit einer Druckmaschine, die einen Plattenzylinder und eine Flachdruckplatte aufweist, wobei die Flachdruckplatte durch ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche bebildert wird, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist:

Montage der Platte am Zylinder;

Aufbringen von Druckfarbe auf die Platte; und

Übertragen der Druckfarbe auf ein Aufzeichnungsmedium.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Laserquelle, die gegenüber der Arbeitsfläche einen Ausgangsstrahl erzeugen kann, auf einer der ersten Schicht gegenüberliegenden Seite der Platte angeordnet ist.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Laserquelle ein Festkörperlaser niedriger Leistung ist.

7. Druckvorrichtung, die aufweist: eine Druckplatte (55);

eine Trägereinrichtung (50, 175, 200) für die Druckplatte, wobei die Platte aufweist: eine Arbeitsfläche und eine erste Schicht (408), eine unter der ersten Schicht liegende zweite Schicht (404, 418), wobei die zweite Schicht, aber nicht die erste Schicht einer ablativen Absorption von bilderzeugender Infrarotstrahlung ausgesetzt ist, und ein unter der zweiten Schicht liegendes. Substrat (400), wobei die erste Schicht (408) hydrophil und das Substrat (400) oleophil und hydrophob ist;

mindestens eine Laserquelle, die einen infraroten Ausgangsstrahl erzeugen kann;

eine Führungseinrichtung für den Ausgangsstrahl jedes Lasers, um ihn auf die Druckfläche zu fokussieren;

eine Einrichtung zum Bewegen der Führungseinrichtung und der Trägereinrichtung relativ zueinander, um eine Abtastung der Druckfläche durch den Laserausgangsstrahl auszuführen; und

eine Einrichtung zum selektiven Entfernen der ersten und der zweiten Schicht in einem Muster, das ein Bild darstellt, durch Belichten der Druckfläche mit dem Laserausgangsstrahl während der Abtastung, wodurch direkt auf der Platte eine Anordnung von Bildmerkmalen erzeugt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Ausgangsstrahl jedes Lasers die Druckfläche mittels einer einzigen Druckanordnung erreicht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtung mehrere Laserquellen aufweist und die Ausgangsstrahlen a) linear innerhalb der Druckanordnung oder b) diagonal innerhalb der Druckanordnung angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei jede Führungseinrichtung entweder ein Lichtleiterkabel oder eine zwischen der Laserquelle und der Druckfläche angeordnete Linsenanordnung ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die selektive Belichtungseinrichtung eine Impulsschaltung einschließt, die mit Geschwindigkeiten von mindestens 40000 Impulsen pro Sekunde arbeiten kann.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei jede Laserquelle eine Ausgangsleistung von mindestens 0,03 MW/cm² (0,2 MW/Zoll²) abgibt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jede Laserquelle hauptsächlich im nahen Infrarotbereich emittiert.

14. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jede Laserquelle eine Galliumarsenidlaser ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Plattenträgereinrichtung a) eine Trommel oder b) ein Flachbettträger ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vorrichtung ferner eine Einrichtung zum Fokussieren des Ausgangsstrahls einer Laserquelle mit asymmetrischer Emissionsblende umfaßt, die aufweist:

eine angrenzend an die Blende angeordnete Divergenzminderungslinse zur Erzeugung einer relativ gleichmäßigen Dispersion rund um den Umfang der Blende;

eine Kollimationslinse; und

eine Fokussierlinse.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Kollimationslinse und die Fokussierlinse eine einzige Doppelkonvexlinse bilden.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Divergenzminderungslinse einen numerischen Aperturwert von weniger als 0,3 liefert.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Divergenzminderungslinse a) zylinderförmig; b) plankonvex; oder c) ein konkav-konvexer Trog ist.

20. Druckvorrichtung, die aufweist:

mindestens eine Druckstation mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 19, und eine Einrichtung zum Transport eines Aufzeichnungsmediums zur Druckstation.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei jede Druckstation ferner aufweist:

a. einen Druckfarbenzug zum Übertragen von Druckfarbe auf den Plattenzylinder; und

b. eine Einrichtung zum Übertragen von Druckfarbe vom Plattenzylinder auf das Aufzeichnungsmedium.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Vorrichtung mehrere Druckstationen aufweist, die entweder in Inline-Konfiguration oder in Zentraldruckkonfiguration angeordnet sind.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 22, wobei die mindestens eine Laserquelle ein Festkörperlaser mit niedriger Leistung ist.

24. Flachdruckplatte, die direkt durch eine Laserentladung bebildert werden kann, zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis

22, wobei die Platte aufweist:

eine erste Schicht (408)

eine unter der ersten Schicht liegende zweite Schicht (404); und

ein unter der zweiten Schicht liegendes Substrat (400);

wobei

die zweite Schicht durch Absorption von bilderzeugender Infrarotstrahlung abgeschmolzen bzw. ablatiert werden kann; und

wobei die erste Schicht (408) hydrophil und das Substrat (400) oleophil und hydrophob ist; und wobei die zweite Schicht, aber nicht die erste Schicht einer ablativen. Absorption von bilderzeugender Strahlung ausgesetzt ist.

25. Flachdruckplatte, die durch eine Laserentladung direkt bebildert werden kann, wobei die Platte aufweist:

eine erste Schicht (408);

eine unter der ersten Schicht liegende zweite Schicht (404); und

ein unter der zweiten Schicht liegendes Substrat (400);

wobei

die zweite Schicht, aber nicht die erste Schicht durch Absorption der bilderzeugenden Infrarotstrahlung ablatierbar ist, wobei die erste Schicht (408) hydrophil und das Substrat (400) oleophil und hydrophob ist.

26. Flachdruckplatte nach Anspruch 24 oder 25, wobei die zweite Schicht durch einen Festkörperlaser niedriger Leistung ablatierbar ist.

27. Flachdruckplatte nach Anspruch 24, 25 oder 26 oder Verfahren zur Bebilderung oder zum Drucken nach einem der Ansprüche 1 bis 6, oder Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 23, wobei die erste Schicht ein Polymer ist.