EP1269265A2 - Belichtungsvorrichtung und verfahren zur kompensation von optischen fehlern - Google Patents

Belichtungsvorrichtung und verfahren zur kompensation von optischen fehlern

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EP1269265A2
EP1269265A2 EP01925392A EP01925392A EP1269265A2 EP 1269265 A2 EP1269265 A2 EP 1269265A2 EP 01925392 A EP01925392 A EP 01925392A EP 01925392 A EP01925392 A EP 01925392A EP 1269265 A2 EP1269265 A2 EP 1269265A2
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EP
European Patent Office
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exposure
light modulator
image processing
printing plate
processing electronics
Prior art date
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Withdrawn
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EP01925392A
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English (en)
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Inventor
Friedrich LÜLLAU
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Basys Print Systeme fuer die Drueckindustrie GmbH
Original Assignee
Basys Print Systeme fuer die Drueckindustrie GmbH
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70425—Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
    • G03F7/70433—Layout for increasing efficiency or for compensating imaging errors, e.g. layout of exposure fields for reducing focus errors; Use of mask features for increasing efficiency or for compensating imaging errors
    • G—PHYSICS
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    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216—Mask projection systems
    • G03F7/70283—Mask effects on the imaging process
    • G03F7/70291—Addressable masks, e.g. spatial light modulators [SLMs], digital micro-mirror devices [DMDs] or liquid crystal display [LCD] patterning devices

Definitions

  • the invention relates to an exposure device for exposing an image of an electronically stored original onto a base, in particular a printing plate, with image processing electronics in which the image data can be stored, with a light modulator, in particular an LCD screen or a micromirror arrangement, which can be controlled electronically by the image processing electronics an illumination device for illuminating the light modulator and with imaging optics for imaging the light modulator on the base.
  • the invention further relates to a method for
  • Such an exposure device which is used for exposing printing plates with ultraviolet light, is known for example from DE 195 45 821 AI.
  • the template to be imaged is broken down into partial images by means of a computer and the partial images are successively brought to an electronically controllable light modulator, for example a irradiated LCD screen or a micromirror arrangement.
  • the exposure device is then gradually moved over the printing plate to be exposed, the light modulator being controlled with the associated partial image.
  • Micromirror arrangements also called digital mirror devices or DMD for short, consist of an arrangement of tiny mirrors with edge lengths of a few micrometers on the surface of an electronic chip, each individual mirror being individually tiltable by electronic control, so that an incident light beam can be guided either into an imaging lens or past it, depending on the tilt angle.
  • the image exposed on the base to be exposed deviates from the electronic original. In particular, there are shadows on the edges and corners of the individual images.
  • the object of the invention is that the image processing electronics have a
  • This electronic compensation device has the advantage that it can be implemented with simple means and inexpensively, essentially on the basis of software, since the image processing electronics, preferably in the form of a computer, are usually already present and therefore do not cause any additional costs.
  • the compensation device it is provided that by means of the compensation device the total amount of light falling on each point of the base to be exposed during the exposure process can be modulated. The effect of the exposure, i.e.
  • the photochemical effect ultimately produced on the substrate to be exposed which corresponds to the brightness of the respective point in a photographic depiction, essentially depends on the total amount of light incident, which in the simplest case of constant light intensity is the product of the intensity with the exposure time. If each point of the substrate to be exposed can now be individually modulated, overall almost complete compensation can be carried out down to all details of the image.
  • a location-dependent intensity modulation of the stored template with an electronically stored gray mask is provided during the exposure process.
  • the gray mask consists of a set of multiplication factors for each individual pixel.
  • the intensity of each individual pixel transmitted by the light modulator is increased or decreased in accordance with the stored multiplication factor, and the differences in brightness, which are inadvertently generated by errors and / or tolerances in the illumination and / or imaging optics, are compensated for.
  • an LCD screen as a light modulator, this can be done in that the angle of rotation of the circular polarized light is changed by appropriate control of the LCD screen.
  • Intensity modulation is not possible because the micromirrors can only be set in two fixed tilt positions, so that the intensity of a single point can only be switched on or off 100%.
  • the total amount of light incident on a single point during the exposure of the base can only be modulated by varying the "switch-on time" of each individual micromirror. Therefore, in a modified embodiment of the invention, the switch-on times of individual pixels of the light modulator are provided for the location-dependent light quantity modulation of the exposure process can be varied in accordance with an electronically stored gray mask.
  • the brightness distribution of the developed test printing plate is fed into the image processing electronics in a simple manner by scanning the printing plate by an electronic camera or an electronic scanner, the data of the thus digitized gray values simply being imported into the image processing electronics and there in a suitable way to the digital values of the Gray mask processed and saved.
  • the gradation of the printing plate can be precisely taken into account in connection with the exposure spectrum used and the developer used in each case, all other influences on the brightness distribution also being able to be "eliminated".
  • Such further factors can, for example, relate to the illuminance, the exposure time, the development time, the composition, the temperature,
  • Brightness distribution in the printing plate exposure can be compensated for by means of the method according to the invention through the electronic gray mask generated in a single calibration run. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing. It shows:
  • FIG. 1 is a schematic representation of an exposure device according to the invention
  • the original to be imaged on a printing plate 1 is stored in an image memory 3 in a computer serving as processing electronics 2.
  • An overlay file which is used to generate an electronic gray mask, is stored in an overlay memory 4.
  • An image from the image memory 3 or a partial image of the overall image is loaded into a compensator 5 and corrected pixel by pixel with the overlay data originating from the overlay memory 4, i.e. the control data provided for controlling the light intensity and / or the duration of the exposure of each individual pixel are modified by multiplication with the correction values of the overlay file in accordance with the desired correction. As a rule, their value is increased or decreased.
  • the corrected image or partial image then arrives via the data line 6 to the light modulator, here an irradiated LCD screen, in the image plane of which the actual image is created.
  • An illumination device for illuminating the light modulator 7 consists of a light source 8 and a condenser 9.
  • the light coming from the light source 8 is concentrated on the light modulator 7 by means of the condenser 9.
  • the modulated light falls on a mirror 10, which directs the beam path downwards into an imaging optics 11.
  • the imaging optics 11 forms the image plane of the light modulator 7 onto the printing plate 1.
  • the mirror 10 can be replaced by a micromirror arrangement which then serves as a light modulator.
  • the LCD screen 7 can be omitted.
  • the errors in the beam path of the exposure device caused by optical errors in the illumination device 8, 9 of the imaging optics 11 or also by other optical elements 7, 10 are compensated for by the electronic gray mask described above, so that a largely error-free and with regard to the Brightness reproduction creates a uniform image of the electronic template.

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Abstract

Eine Belichtungsvorrichtung zur Belichtung eines Abbilds einer elektronisch gespeicherten Vorlage auf eine Unterlage, insbesondere Druckplatte (1), mit einer Bildverarbeitungselektronik (2), in der die Bilddaten speicherbar sind, mit einem durch die Bildverarbeitungselektronik (2) elektronisch ansteuerbaren Lichtmodulator (7), insbesondere einem LCD-Bildschirm (7) oder einer Mikrospiegelanordnung, mit einer Beleuchtungseinrichtung (8, 9) zur Beleuchtung des Lichtmodulators (7) und mit einer Abbildungsoptik (11) zur Abbildung des Lichtmodulators (7) auf die Unterlage (1) wird erfindungsgemäss dadurch verbessert, dass die Bildverarbeitungselektronik (2) eine Kompensationseinrichtung (4, 5) zur Kompensation von optischen Fehlern und/oder Toleranzen im Strahlengang der Belichtungsvorrichtung umfasst.

Description

Belichtungsvorrichtung und Verfahren zur Kompensation von optischen Fehlern
Die Erfindung betrifft eine Belichtungsvorrichtung zur Belichtung eines Abbilds einer elektronisch gespeicherten Vorlage auf eine Unterlage, insbesondere Druckplatte, mit einer Bildverarbeitungselektronik, in der die Bilddaten speicherbar sind, mit einem durch die Bildverarbeitungselektronik elektronisch ansteuerbaren Lichtmodulator, insbesondere einem LCD-Bildschirm oder einer Mikrospiegelanordnung, mit einer Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Lichtmodulators und mit einer Abbildungsoptik zur Abbildung des Lichtmodulators auf die Unterlage. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur
Kompensation von optischen Fehler und/oder Toleranzen im Strahlengang einer solchen Belichtungsvorrichtung.
Eine derartige Belichtungsvorrichtung, die zur Belichtung von Druckplatten mit ultraviolettem Licht verwendet wird, ist beispielsweise aus der DE 195 45 821 AI bekannt. Dabei wird die abzubildende Vorlage mittels eines Computers in Teilbilder zerlegt und die Teilbilder nacheinander auf einen elektronisch ansteuerbaren Lichtmodulator, beispielsweise einen durchstrahlten LCD- Bildschirm oder eine Mikrospiegelanordnung gebracht. Die Belichtungsvorrichtung wird dann nach und nach über die zu belichtende Druckplatte bewegt, wobei der Lichtmodulator jeweils mit dem zugehörigen Teilbild angesteuert wird. Mikrospiegelanordnungen, auch Digital Mirror Device oder kurz DMD genannt, bestehen aus einer Anordnung von winzigen Spiegeln mit Kantenlängen von wenigen Mikrometern auf der Oberfläche eines Elektronikchips, wobei jeder einzelne Spiegel durch elektronische Ansteuerung einzeln kippbar ist, so dass ein einfallender Lichtstrahl je nach Kippwinkel entweder in ein Abbildungsobjektiv oder an diesem vorbei geleitet werden kann.
Durch optische Fehler und Toleranzen im Strahlengang der Belichtungsvorrichtung weicht das auf die zu belichtende Unterlage, insbesondere Druckplatte, belichtete Abbild von der elektronischen Vorlage ab. Insbesondere kommt es zu Abschattungen an den Rändern und Ecken der Einzelbilder .
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Belichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art bzw. ein Verfahren anzugeben, mit dem die optischen Fehler und/oder Toleranzen im Strahlengang der Belichtungsvorrichtung kompensiert werden können.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht bei der genannten Belichtungsvorrichtung darin, dass die Bildverarbeitungselektronik eine
Kompensationseinrichtung zur Kompensation von optischen Fehlern und/oder Toleranzen im Strahlengang der Belichtungsvorrichtung umfasst. Diese elektronische Kompensationseinrichtung hat den Vorteil, das sie mit einfachen Mitteln und kostengünstig im wesentlichen auf der Basis von Software realisierbar ist, denn die Bildverarbeitungselektronik, vorzugsweise in Form eines Computers, ist in der Regel bereits vorhanden und verursacht daher keine Zusatzkosten. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der Kompensationseinrichtung die während des Belichtungsvorgangs auf jeden Punkt der zu belichtenden Unterlage insgesamt fallende Lichtmenge modulierbar ist. Die Wirkung der Belichtung, d.h. die auf der zu belichtenden Unterlage letztendlich hervorgerufene photochemische Wirkung, die bei einer fotographischen Abbildung der Helligkeit des jeweiligen Punktes entspricht, hängt im wesentlichen von der insgesamt eingefallenen Lichtmenge ab, die sich im einfachsten Fall konstanter Lichtintensität als Produkt der Intensität mit der Einwirkungszeit ergibt. Wenn nun jeder Punkt der zu belichtenden Unterlage einzeln modulierbar ist, kann insgesamt eine nahezu vollständige Kompensation bis in alle Einzelheiten des Abbilds erfolgen.
In Ausgestaltung der Erfindung ist während des Belichtungsvorgangs eine ortsabhängige Intensitätsmodulation der gespeicherten Vorlage mit einer elektronisch gespeicherten Graumaske vorgesehen. Die Graumaske besteht aus einem Satz von Multiplikationsfaktoren für jeden einzelnen Bildpunkt. Während der Belichtung wird nun die vom Lichtmodulator durchgelassene Intensität jedes einzelnen Bildpunkts entsprechend dem gespeicherten Multiplikationsfaktor vergrößert oder verkleinert und damit die durch Fehler und/oder Toleranzen der Beleuchtungs- und/oder Abbildungsoptik unabsichtlich erzeugten Helligkeitsunterschiede ausgeglichen. Dies kann bei Verwendung eines LCD-Bildschirms als Lichtmodulator dadurch geschehen, dass der Drehwinkel des zirkulär polarisierten Lichtes durch entsprechende Ansteuerung des LCD-Bildschirms verändert wird.
Bei einer Mikrospiegelanordnung ist eine
Intensitätsmodulation nicht möglich, da die Mikrospiegel nur in zwei festen Kipppositionen einstellbar sind, so dass die Intensität eines einzelnen Punktes nur zu 100% ein oder ganz ausgeschaltet werden kann. Eine Modulation der insgesamt während der Belichtung der Unterlage auf einen einzelnen Punkt einfallende Lichtmenge kann hier nur durch Variation der „Einschaltzeit" jedes einzelnen Mikrospiegels erfolgen. Deshalb ist in einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass zur ortsabhängigen Lichtmengenmodulation die Einschaltzeiten einzelner Pixel des Lichtmodulators während des Belichtungsvorgangs entsprechend einer elektronisch gespeicherten Graumaske variierbar sind.
Zur einfachen Erzeugung einer geeigneten Graumaske, die nicht nur alle Fehler des Beleuchtungsstrahlengangs, sondern auch den Einfluß der Druckplatte, deren Gamma- Kurve, des verwendeten Entwicklers und ähnlicher
Faktoren, die Einfluß auf die Helligkeitsverteilung nehmen können, kompensiert, wird in Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, dass zur Erzeugung der elektronisch gespeicherten Graumaske eine Testbelichtung einer Druckplatte vorgenommen wird, bei der alle Pixel des Lichtmodulators mit einem mittleren Grauwert angesteuert werden, und dass die sich nach der Entwicklung der Druckplatte ergebende Helligkeitsverteilung auf der Druckplatte in die Bildverarbeitungselektronik eingespeist wird, die daraus die elektronische Graumaske erzeugt, vorzugsweise durch Invertierung der Graustufen der einzelnen Pixel.
Die Einspeisung der Helligke tsverteilung der entwickelten Testdruckplatte in die Bildverarbeitungselektromk erfolgt auf einfache Weise mittels Abtastung der Druckplatte durch eine elektronische Kamera oder einen elektronischen Scanner, wobei die Daten der somit digitalisierte Grauwerte einfach in die Bildverarbeitungselektromk eingespielt und dort auf geeignete Weise zu den digitalen Werten der Graumaske verarbeitet und gespeichert werden.
Bei der Erzeugung der elektronischen GraumasKe kann die Gradation der Druckplatte m Verbindung mit dem jeweils verwendeten Belichtungsspektrum und dem jeweils verwendeten Entwickler exakt berücksichtigt werden, wobei auch alle sonstigen Einflüsse auf die Helligkeitsverteilung "herausgerechnet" werden können. Solche weiteren Faktoren können beispielsweise auf die Beleuchtungsstarke, die Belichtungszeit, die Entwicklungsdauer, die Zusammensetzung, Temperatur,
Konzentration, Erschöpfung (Alter) und Verunreinigungen des Entwicklers oder auf die Temperatur, das Alter, die Zusammensetzung oder eine Vorbehandlung der lichtempfindlichen Beschichtung der Druckplatte zurückgehen. Alle denkbaren Einflüsse auf die
Helligkeitsverteilung bei der Druckplattenbelichtung können mittels des erfmdungsgemaßen Verfahrens durch die in einem einzigen Kalibrierungsdurchlauf erzeugte elektronische Graumaske kompensiert werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
Figur 1: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen BelichtungsVorrichtung
Die auf eine Druckplatte 1 abzubildende Vorlage ist in einem als Bearbeitungselektronik 2 dienenden Computer in einem Bildspeicher 3 gespeichert. In einem Overlay- Speicher 4 ist eine Overlay-Datei gespeichert, die zur Erzeugung einer elektronischen Graumaske dient. In einen Kompensator 5 wird ein Bild aus dem Bildspeicher 3 oder ein Teilbild des Gesamtbildes geladen und Pixel für Pixel mit den aus dem Overlay-Speicher 4 stammenden Overlay-Daten korrigiert, d.h. die zur Steuerung der Lichtintensität und/oder der Dauer der Belichtung jedes einzelnen Pixels vorgesehenen Ansteuerungsdaten werden durch Multiplikation mit den Korrekturwerten der Overlay-Datei entsprechend der gewünschten Korrektur modifiziert. In der Regel wird ihr Wert vergrößert oder verkleinert. Danach gelangt das korrigierte Bild bzw. Teilbild über die Datenleitung 6 zum Lichtmodulator, hier ein durchstrahlter LCD-Bildschirm, in dessen Bildebene das eigentliche Bild entsteht.
Eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung des Lichtmodulators 7 besteht aus einer Lichtquelle 8 und einem Kondensor 9. Das von der Lichtquelle 8 kommende Licht wird mittels des Kondensors 9 auf den Lichtmodulator 7 konzentriert. Nach der Modulation im Lichtmodulator 7 fällt das modulierte Licht auf einen Spiegel 10, der den Strahlengang nach unten in eine Abbildungsoptik 11 lenkt. Die Abbildungsoptik 11 bildet die Bildebene des Lichtmodulators 7 auf die Druckplatte 1 ab.
In einer abgewandelten Ausführungsform kann der Spiegel 10 durch eine Mikrospiegelanordnung ersetzt werden, die dann als Lichtmodulator dient. In diesem Fall kann der LCD-Bildschirm 7 wegfallen.
Die durch optische Fehler in der Beleuchtungsvorrichtung 8, 9 der Abbildungsoptik 11 oder auch durch andere optische Elemente 7, 10 hervorgerufenen Fehler im Strahlengang der Belichtungsvorrichtung werden durch die weiter oben beschriebene elektronische Graumaske kompensiert, so dass auf der Druckplatte 1 ein weitgehend fehlerfreies und hinsichtlich der Helligkeitswiedergabe gleichmäßiges Abbild der elektronischen Vorlage entsteht.
Bezugszeichenliste
I Druckplatte 2 Bildspeicher
3 Bildverarbeitungselektronik
4 Overlay-Speicher
5 Kompensator
6 Datenleitung 7 Lichtmodulator/LCD-Bildschirm
8 Lichtquelle
9 Kondensor
10 Spiegel
II Abbildungsoptik

Claims

Patentansprüche
1. Belichtungsvorrichtung zur Belichtung eines Abbilds einer elektronisch gespeicherten Vorlage auf eine Unterlage, insbesondere Druckplatte (1), mit einer Bildverarbeitungselektronik (2), in der die Bilddaten speicherbar sind, mit einem durch die Bildverarbeitungselektronik (2) elektronisch ansteuerbaren Lichtmodulator (7), insbesondere einem LCD-Bildschirm (7) oder einer Mikrospiegelanordnung, mit einer
Beleuchtungseinrichtung (8,9) zur Beleuchtung des Lichtmodulators (7) und mit einer Abbildungsoptik zur Abbildung des Lichtmodulators (7) auf die
Unterlage (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Bildverarbeitungselektronik (2) eine Kompensationseinrichtung (4, 5) zur Kompensation von optischen Fehlern und/oder Toleranzen im Strahlengang der Belichtungsvorrichtung umfasst.
2. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Kompensationseinrichtung (4, 5) die während des Belichtungsvorgangs auf jeden Punkt der zu belichtenden Unterlage (1) insgesamt fallende
Lichtmenge modulierbar ist.
3. Belichtungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Belichtungsvorganges eine ortsabhangige Intensitatsmodulation der gespeicherten Vorlage mit einer elektronisch gespeicherten Graumaske vorgesehen ist.
4. Belichtungsvornchtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur ortsabhangigen Lichtmodulation die Emschaltzeiten einzelner Pixel des Lichtmodulators (7) wahrend des Belichtungsvorgangs entsprechend einer gespeicherten Graumaske variierbar sind.
5. Verfahren zur Kompensation von optischen Fehlern und/oder Toleranzen im Strahlengang einer Belichtungsvorrichtung, bei der ein Abbild einer m einer Bildverarbeitungselektromk (2) gespeicherten Vorlage auf eine Unterlage, insbesondere Druckplatte (1), belichtet wird, wobei ein durch die Bildverarbeitungselektronik (2) angesteuerter Lichtmodulator, insbesondere ein LCD-Bildschirm (7) oder eine Mikrospiegelanordnung, mittels einer
Beleuchtungseinrichtung (8, 9) beleuchtet, und mittels einer Abbildungsoptik (11) auf die zu belichtende Unterlage (1) abgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wahrend des Belichtungsvorgangs auf jeden Punkt der Unterlage
(1) insgesamt fallende Lichtmenge derart moduliert wird, dass die auf optische Fehler und/oder Toleranzen im Strahlengang zurückzuführenden Belichtungsunterschiede auf der zu belichtenden Unterlage ausgeglichen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wahrend des Belichtungsvorgangs eine ortsabhangige Intensitatsmodulation der gespeicherten Vorlage mit einer elektronisch gespeicherten Graumaske erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur ortsabhangigen Lichtmengenmodulation die Emschaltzeiten einzelner Pixel des Lichtmodulators wahrend des Belichtungsvorgangs entsprechend einer elektronisch gespeicherten Graumaske variiert werden.
8. Verfahren nach einem der Anspruch 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der elektronisch gespeicherten Graumaske eine
Testbelichtung einer Druckplatte (1) vorgenommen wird, bei der alle Pixel des Lichtmodulators (7) mit einem mittleren Grauwert angesteuert werden, und dass die sich nach der Entwicklung der Druckplatte (1) ergebende Helligkeitsverteilung auf der Druckplatte (1) m die
Bildverarbeitungselektromk (2) eingespeist wird, die daraus eine elektronische Graumaske erzeugt, vorzugsweise durch Invertierung der Graustufen der einzelnen Pixel.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einspeisung der Helligkeitsverteilung der entwickelten Testdruckplatte (1) eine elektronische Kamera oder ein Scanner verwendet wird.
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