EP1872174A2 - Belichtungsvorrichtung für druckplatten - Google Patents

Belichtungsvorrichtung für druckplatten

Info

Publication number
EP1872174A2
EP1872174A2 EP06723922A EP06723922A EP1872174A2 EP 1872174 A2 EP1872174 A2 EP 1872174A2 EP 06723922 A EP06723922 A EP 06723922A EP 06723922 A EP06723922 A EP 06723922A EP 1872174 A2 EP1872174 A2 EP 1872174A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
light
light modulator
exposure
light source
exposure device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06723922A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sascha Neber
John Hedde
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XSYS Prepress NV
Original Assignee
Punch Graphix Prepress Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE200510015192 external-priority patent/DE102005015192A1/de
Priority claimed from DE200510015193 external-priority patent/DE102005015193A1/de
Application filed by Punch Graphix Prepress Germany GmbH filed Critical Punch Graphix Prepress Germany GmbH
Publication of EP1872174A2 publication Critical patent/EP1872174A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • 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
    • 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
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2051—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source
    • G03F7/2057—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source using an addressed light valve, e.g. a liquid crystal device
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • 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
    • 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
    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/2051—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source
    • G03F7/2053—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source using a laser
    • G03F7/2055—Exposure without an original mask, e.g. using a programmed deflection of a point source, by scanning, by drawing with a light beam, using an addressed light or corpuscular source using a laser for the production of printing plates; Exposure of liquid photohardening compositions

Definitions

  • the present patent application relates to an exposure device with a light source, a light modulator and a Lichteinkoppelungsaku.
  • a generic exposure device is described, for example, in DE 698 22 004 / EP 1 141 780.
  • This known exposure device comprises a lamp with a condenser arrangement, a light modulator comprising a reflected micromirror arrangement and suitable optics for directing the light emitted by the lamp via the light modulator onto the medium to be exposed.
  • the lamp used is an arc lamp or incandescent lamp which has an oval spot. From the oval spot emits divergent radiation, which is further processed by a condenser optics.
  • a disadvantage of the previously known exposure device is that the gas discharge lamp or light bulb selected as the light source emits light over a wide frequency spectrum.
  • z. B. in UV exposure devices only a small frequency range in the ultraviolet to violet range, that is about from 350 nm to 450 nm, usable for the actual exposure. For this reason, a large part of the radiation emitted by the lamp is to be regarded as a power loss for the exposure system. This results in a series of problems, such. As the requirement of cooling to carry away the heat output and in relation to the useful power unnecessarily high power consumption and associated high operating costs.
  • Another disadvantage of the previously known exposure device is also the mentioned divergence of the radiation emitted by the light source. Due to the divergence of the emitted light, the fact that Also, the light in the principle usable spectral range, ie in UV exposure from 350 nm to 450 nm, only partially usable for the actual exposure process. This is due to the fact that the light source, due to the relatively large oval light spot and the divergence mentioned, a larger Etendue than the rest
  • DE 19545 821 A1 is a device for exposing printing plates with an exposure head, a light source, an image generation unit and an imaging optics.
  • this exposure apparatus the use of a metal halide lamp is also provided. This has the disadvantages described above.
  • the lighting device with a single laser, for. B. to realize a gas or solid state laser.
  • this would limit the emission to a narrow usable frequency band and, on the other hand, would achieve a very low divergence of the emitted light.
  • Coherence length of the emitted light is very long, which can lead to unwanted diffraction phenomena in the exposure apparatus, and in particular at the location of the medium to be exposed.
  • the diffraction In turn, it may disadvantageously lead to undesirable inhomogeneities in the illumination of the light modulator, whereas a uniformly homogeneous illumination of the light modulator is desired.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying an exposure device of the type mentioned, in which the irradiance in the spectral range, which is required for the exposure of the material to be exposed, is optimized in a particularly simple and cost-effective manner.
  • the light source comprises a laser diode.
  • Laser diodes have been available inexpensively for some time with a radiation characteristic over a wide wavelength range.
  • laser diodes with a radiation pattern in the same wavelength range from 350 nm to 450 nm readily available on the market.
  • the laser diodes according to the invention can be single-mode or multi-mode.
  • the light of a laser diode is limited on the one hand to a desired narrow frequency interval in the desired manner, on the other hand is ensured by the integrated resonator with advantage that the emitted light is strongly bundled, that has low divergence, but ultimately is the coherence length of the Laser diode according to the invention radiated light considerably lower than that of lasers, such as.
  • gas or solid state lasers is the case.
  • the laser diode emits light in the range of approximately 350 nm to approximately 450 nm. This advantageously makes possible the exposure of conventional and violet offset printing plates in particular. Similarly, screens for screen printing, flexographic printing plates, proofing materials and steel plates for stamping pattern production can advantageously be exposed in a structured manner with the exposure device according to the invention. Furthermore, laser diodes in this wavelength range are available for relatively some time with advantage with advantage.
  • the light source comprises a module of a plurality, preferably twenty, laser diodes.
  • the illuminance available for the exposure in the relevant wavelength range can advantageously be further increased, in which the light of the module comprising a plurality of laser diodes is added.
  • the etendue of each individual laser diode is considerably lower than the etendue of the exposure system, which is given by the display and the projection optics. Therefore, by appropriate addition of the individual laser diodes of the module according to the invention, the total light of the module can have an etendue, which is still smaller than the etendue of the exposure system given by the display and the projection optics.
  • the light of all the laser diodes belonging to the module can be coupled into the exposure device, in principle, with advantage in principle. There are no principal physical limitations caused by etendue.
  • Another advantage of using a module consisting of several laser diodes is a higher degree of availability of the system, since the failure of a single laser diode with a suitable design of the system allows a continuation of the exposure process with the exposure device according to the invention.
  • a beam flux of each laser diode is geometrically superimposed in the Lichteinkoppelungsaku, the light of several individual laser diodes can be used to illuminate one and the same Lichtmodulatorü.
  • the irradiance of the material to be exposed is further optimized in this way.
  • the light coupling unit comprises individual glass fibers.
  • the light coupling of the light emitted by the laser diode light in individual glass fibers is not a problem, since the radiation is emitted from the laser diode from a very small exit facet.
  • a transport of the coupled light to the light modulator and other components of the exposure device according to the invention according to the successful coupling with advantage easily possible.
  • a further homogenization of the coupled-in light takes place in the interior of the individual glass fibers by multiple reflection at the boundary surfaces of the fibers between the fiber inlet and outlet.
  • each laser diode is assigned a separate individual glass fiber.
  • the individual glass fibers can be brought together in a convenient manner, so that a geometric addition of the radiation emitted by the individual laser diodes radiation is achieved.
  • the light of each laser diode is also homogeneously mixed with the light of the other laser diodes by multiple reflection at the interfaces of the fibers between the fiber inlet and outlet. This advantageously achieves an extremely homogeneous illumination of the light modulator of the exposure device according to the invention.
  • the individual glass fiber has a diameter of about 125 microns, we obtain a particularly favorable configuration, which allows a virtually lossless coupling of the light of the single laser diode, the dimensions of the light coupling unit can still be kept advantageously small.
  • the individual glass fibers in the light coupling unit are brought together to form a fiber bundle, a geometrical superimposition of the light emission of each individual laser diode is also possible with advantage, so that the light emerging at the end of the fiber bundle acts as a single light source with the added intensity of each individual laser diode. It has proved to be particularly advantageous according to the invention if the outer diameter of the fiber bundle is about 650 ⁇ m.
  • the light source may comprise a plurality of modules. Each module in turn consists of several, z. From twenty, laser diodes. Again, the circumstance is exploited with advantage that the etendue of each individual laser diode is considerably lower than the etendue of the system of display and projection optics.
  • conventional light sources such. B. gas discharge lamps, the situation is exactly the opposite, d. h., the etendue of the gas discharge lamp is considerably larger than the etendue of the system of display and projection optics.
  • Light coupling unit a light integrating glass rod.
  • Light integrating glass rods have the advantage that, with a suitable choice of cross-section, z. B. when choosing a rectangular cross-section, a very good homogenization of the injected into the glass rod light is possible.
  • By the reflection processes at the inner boundary surface of the glass rod to the environment then takes place with advantage a very good mixing of the light of the single laser diodes, so that at the output of the glass rod, an illumination of the light modulator unit with homogeneous light of high spectral intensity is possible.
  • the ability to geometrically add multiple individual light sources in accordance with the invention is based on the ability of the single laser diodes to have a very low etendue.
  • the diffraction effects which disturb the homogeneity are generally not to be expected from the superposition of the individual laser diodes.
  • the glass rod has an angular, preferably rectangular, cross-section.
  • the rectangular bar cross-section at the output can be geometrically adapted to a rectangular light modulator, such as a DMD TM (Digital Micromirror Device).
  • DMD TM Digital Micromirror Device
  • the radiation flux is designed to be variable.
  • the exposure device can be adapted by the user for different materials or applications. For example, certain applications may require less exposure than others.
  • the interplay with the exposure time is obtained by the variable design of the radiation flux of the light source, a very flexible adaptation of the process parameters.
  • the radiation flux of the laser diode itself is designed to be variable. This makes it possible to achieve a direct variation of the radiation flux of the light source of the exposure device according to the invention. In this case, the variation can be realized substantially steplessly by using suitable regulated current sources.
  • the light source is provided with means for separately connecting or disconnecting individual laser diodes.
  • a variation of the radiation flux can be achieved in this way with advantage at constant operating current for each individual laser diode.
  • the radiation flux can be varied in steps of 100% to 0%, whereby the number of achievable gray levels is given by the number of individual laser diodes within a module. In many cases of the application such a graded variability is sufficient and it can be advantageously dispensed with a current control for varying the radiation flux.
  • the use of the light source according to the invention is particularly advantageous in an exposure apparatus having a light source, a light modulator having a multiplicity of rows of light-modulating cells, a device for imaging data patterns on the light source
  • a light modulator means for imaging the light modulator on photosensitive material, means for producing relative movement between the light modulator and the photosensitive material, the relative movement being substantially perpendicular to the rows of light modulating cells, and means for scrolling one on a given one Line of the light modulator data pattern displayed by the various lines of the light modulator, wherein the scrolling is carried out in such a manner synchronized with the relative movement, that an image of a The data pattern displayed on the light-sensitive material relative to the photosensitive material is substantially stationary to the light modulator, because the exposure times can be reduced due to the higher light intensity.
  • Such an exposure device is z. B. from EP 0 0954624.3 (corresponds to PCT / EP 00/07842) known. There, a system is disclosed which finds particular application in processes where large amounts of modulated light in the blue and ultraviolet regions are needed, such as exposure of printing plates, the exposure of printed circuits.
  • the principle of these integrating digital screen imaging (IDSI) exposure devices is that the photosensitive material is continuously moved while the image content is scrolled through the light modulator in the opposite direction at the same speed. The image content thus remains fixed on the material to be exposed.
  • the exposure time of each pixel is obtained by integrating all relatively short individual exposures of the same cell in a row. The exposure time depends on the travel speed, the duty cycle of the light modulator and the number of lines. For a given travel speed and given duty cycle, the exposure time also depends on the number of lines. The larger the number of lines of the light modulator, the longer the achievable exposure times, as long as each data pattern is "scrolled" from the line on an outer side of the light modulator over the entire display range of the light modulator to the outer line opposite the output line.
  • the aim is usually to minimize the exposure times as far as possible.
  • the Photosensitivity of the photosensitive material can be increased, for example.
  • the integrated over all lines of the light modulator exposure time for each pixel is then shortened accordingly.
  • the scrolling rate must be increased synchronously with the relative movement.
  • Common light modulators are microdisplay devices which are each constructed from a matrix of individually controllable individual light modulators.
  • Digital mirror arrays DMD TM "Digital Micromirror Device"
  • LCDs liquid crystal arrays
  • LCOS reflective liquid crystal displays
  • these light modulators do not contain a shift register, which would make it possible for the image information once transferred to the light modulator to be transmitted independently ("push") for one line to the respective neighboring line That is, when the exposure unit moves relative to the photosensitive material by one image line, image information for each pixel of the light modulator array has to be transmitted to the light modulator for each single exposure state of the scrolling procedure.
  • the data to be transmitted can reach the order of 10 Gbit / s.
  • the available Light modulator matrices with respect to the data transfer rates to be received from these limited.
  • the data transmission rate of a light modulator matrix may be limited to 7.6 GBit / s.
  • the minimum exposure time is thus not determined by the photosensitive material in this case, but is undesirably determined by the exposure apparatus and in particular by limiting the maximum data transfer rate to the light modulator matrix.
  • the exposure time of a generic exposure device is given by the product of the number of lines of the light modulator and the reciprocal bi-rate of the scrolling process.
  • Exposure of the photosensitive material exceeds sequential exposures. It is proposed in this case not to extend the scrolling process over all lines of the light modulator, by switching individual lines off or black. However, this should be done by transmitting corresponding data patterns to the light modulator, whereby the image information for the "black" lines must be transmitted as well.
  • the method or the exposure device from US 5,672,464 also has the above-described limitation of the technically feasible minimum exposure time upwards.
  • the technically feasible minimum exposure time is also not given by the photochemical sensitivity of the photosensitive material, but instead is undesirably limited by the maximum possible data transfer rate of image information to the light modulator.
  • the advantages of the light source according to the invention can be better utilized if a device for inactivating a predeterminable number of lines of the light modulator is provided and the light modulator is operable by charging substantially only the active lines with the data patterns.
  • the light modulator is effectively limited to a reduced number of activated lines, whereas the pixels of the inactivated lines are permanently set to the "OFF" switching state, without having to transfer data to the light modulator.
  • the light modulator can be operated so that it only requires the image information, ie the data pattern, for these active lines set, but not data for the inactivated lines needed for switching the still active lines, at a given data transfer rate to the light modulator a higher scroll rate can be set.
  • This is advantageously achieved not by a technically complex increase in the data transmission rate to the light modulator, but rather by a reduction in the image information to be transmitted.
  • By suitable choice of the number of lines to be inactivated this advantageously allows the maximum exposure speed to be approached in a simple manner to the value given by the minimum required exposure time, in accordance with the photochemical properties of the photosensitive material to be exposed.
  • the device is designed to deactivate a predeterminable contiguous region of lines.
  • an optimization of the illumination of this active line region can advantageously be realized in the inventive inactivation of contiguous regions of lines.
  • a particularly flexible advantageous embodiment of the exposure device according to the invention is obtained when the range of inactive switched lines is designed to be displaceable. This makes it possible, inter alia, to increase the service life of the light modulator matrix by shifting the range of active lines to a line region of the light modulator in which no or as few pixels as possible are irradiation-induced. Since it is not necessary according to the invention to use all lines of the light modulator simultaneously, so according to the invention, the light modulator by moving the inactive lines to be switched to those lines which contain radiation-induced failed pixels, are used without restriction for the exposure quality.
  • means for focusing the light source are provided essentially on the active lines of the light modulator. This makes it possible to achieve a further shortening of the exposure time, since the radiance of the incident on the active lines of light radiation is increased. Whereas inactivation of some lines of the light modulator without the focusing of the light source according to the invention on the active lines of falling on the inactive set fraction of light radiation is lost, according to this inventive variant, all the light output of the light source exclusively to illuminate the actually used, actively set lines of Light modulator used.
  • the means for focusing are made variable with respect to a focal area.
  • the light source has a smaller etendue than a unit formed from the light modulator and the device for imaging the light modulator on photosensitive material. This ensures that, when the light source is focused on the area of the active lines of the light modulator, despite the magnification of the divergence inevitably resulting from imaging optical reasons however, the radiation emitted by the light source is completely available for the exposure of the photosensitive material. In this case, there is no loss of light radiation usable for the exposure due to limitations in the numerical aperture of the downstream optical components of the imagesetter.
  • Fig. 2 is a schematic detail view of the light source and the Lichteinkoppelungsaku of the invention
  • FIG. 6 is a schematic representation of the basic operation of a conventional exposure device according to the prior art
  • Fig. 7 is a schematic representation of the principle of operation of the exposure device according to the invention.
  • Fig. 8 is a schematic representation of the principle of operation of another embodiment of the exposure device according to the invention.
  • FIG. 1 schematically shows an exposure device 1 according to the invention.
  • the exposure device 1 consists of a light source 2, a light coupling unit 3, a light modulator 4 and an imaging optics 5.
  • the light source 2 is composed of one row of a total of twenty individual laser diodes 7.
  • Each laser diode 7 emits light in the wavelength range of about 400 to 410 nm.
  • the optical radiant power of each laser diode 7 is about 60 mWatt.
  • the light of each individual laser diode 7 is coupled into the Lichteinkoppelungsaku 3.
  • the light coupling unit 3 comprises a total of twenty individual glass fibers 8.
  • Each individual glass fiber 8 is assigned to exactly one laser diode 7, so that the light of each laser diode 7 is coupled into a single glass fiber 8.
  • the individual glass fibers 8 converge and are brought together at the entrance of the light modulator 4 to form a fiber bundle 9. With the fiber bundle 9 of the light modulator 4 is illuminated. At the exit of the fiber bundle 9, light from each of the twenty individual laser diodes 7 impinges on the light modulator 4.
  • the diameter of each individual glass fiber 8 is 125 ⁇ m.
  • the total outer diameter of the fiber bundle 9 is 650 ⁇ m.
  • the light 10 modulated by the light modulator 4 is directed to the material 6 to be exposed via the imaging optics 5.
  • the very small etendue of the individual laser diodes 7, compared to the etendue of the overall system comprising the light modulator 4 and the imaging optics 5, causes the light emerging at the output of the fiber bundle 9 to have an etendue which is still lower than the etendue of the system
  • Light modulator 4 and imaging optics 5 are combined.
  • a lossless coupling of the light of all twenty laser diodes in the lighting device 1 according to the invention is possible.
  • FIG. 2 shows some details of the unit according to the invention comprising laser diodes 7 and light coupling unit 3.
  • the light source 2 comprises a total of twenty laser diodes 7.
  • the laser diodes 7 are combined to form a module 11 comprising twenty individual laser diodes 7.
  • each laser diode 7 is assigned a single glass fiber 8.
  • the total of twenty individual glass fibers 8 are combined to form the fiber bundle 9.
  • the fiber bundle 9 is passed through the outer housing 12 of the unit of light source 2 and Lichteinkoppelungshim 3 and connected there with an FC (Fiber Channel) connector 13.
  • FC Fiber Channel
  • the module 11, which summarizes the twenty laser diodes 7, is mounted on a cooling plate 14.
  • the cooling plate 14 is connected at the ends in each case with a cooling tube 15.
  • In the cooling tube 15 16 can be filled and circulated at the connecting piece 16 cooling liquid.
  • the light source 2 further comprises the control unit 17 for the twenty laser diodes 7.
  • the control unit 17 of the light source 2 is powered via a connector 18 in the Dsub format.
  • the control unit 7 is thermally conductively connected to a heat sink 19.
  • the heat sink 19 is in turn connected to the cooling tubes 15 thermally conductive.
  • the total emission of the twenty individual laser diodes 7 of the module 11 is emitted as total radiation 20.
  • the total radiation 20 has an etendue which is lower than the etendue of the unit of light modulator 4 and imaging optics 5. There are therefore no fundamental restrictions with regard to the possibility of coupling the total radiation 20 into the light modulator 4 and the imaging optics 5. Thus, the essential part of the Total radiation 20 are directed to the material to be exposed 6.
  • cooling fluid is conducted through the cooling tube 15 via the connecting pieces 16.
  • the coolant circulating in the cooling tube 15 transports heat from the control unit 17 of the laser diode 7 via the heat sink 19.
  • the cooling liquid in the cooling tube 15 dissipates heat from the module 11, which consists of the twenty laser diodes 7, via the cooling plate 14.
  • the dissipated heat loss in relation to the usable total emitted radiation 20 according to the invention is significantly lower than is the case with conventional exposure apparatuses which use as a light source a gas discharge lamp or incandescent lamp with a broad emission spectrum.
  • FIG. 3 shows the beam path provided in the exposure head 38. The light supplied via the fiber bundle 9 or the optical waveguide 37 to the movable exposure head is first coupled into the integrator rod 21.
  • the integrator rod 21 is used to homogenize the light and is therefore also referred to as an integrating mixing rod. It is also possible to use so-called waveguides or light tunnels in which the light experiences a multiplicity of reflections.
  • the light then exits the integrator rod 21 through the integrator lens 36 and lens 35, thereby expanding the beam.
  • the mirror 34 then deflects the beam in the direction of the light modulator. As a result, it passes twice through the field lens 33 and then impinges on the photosensitive material 25 by means of the imaging optics 29.
  • the imaging optics 29 form the image of the light modulator 4 in the plane of the photosensitive material 25.
  • FIG. 4 shows the possible structure of the invention
  • the light source 2 consists of several modules 11, which are all cooled by the cooling water inlet 39 and the cooling water drain 40.
  • the fiber bundles 9 emerging from the modules 11 are coupled into an optical waveguide 37, which supplies the light to the exposure head 28.
  • Exposure head 38 moves in two orthogonal axes 42.
  • the optical fiber 37 must follow this movement accordingly.
  • the photosensitive material 25 rests on the machine bed 41. Due to the external arrangement of the light source, the mass of the exposure head 38 can be advantageously reduced, so that the
  • FIG. 5 schematically shows an exposure device 1.
  • a light source 2 is imaged using a first illumination optics 23 and a light modulator 4.
  • the position of the photosensitive material 25 relative to the light modulator 4 is changed by a position sensor 26.
  • the relative movement is perpendicular to the lines of the light modulator 4.
  • Data patterns are transferred using a driver circuit 27 into the first column of cells 28 of the light modulator.
  • the lines of the light modulator 4 extend in the schematic representation perpendicular to the plane.
  • the light modulator 4 consists of several rows of cells 28. These run perpendicular to the plane in this schematic representation. Each cell 28 in the schematic representation thus corresponds to one line in plan view.
  • the data pattern transmitted to the light modulator 4 consists of combinations of switched-on 28a and switched-off 28b light modulator cells 28.
  • the cells 28 are switched on, the light incident on them is directed onto the photosensitive material 25 via a second imaging optic 29.
  • the light striking off cells 28b is directed away from the photosensitive material 25.
  • the exposure device 1 described corresponds to the prior art.
  • the present exposure apparatus 1 comprises means 30 for deactivating a definable, selectable number of lines of the light modulator.
  • the number of cells 28 which has to be supplied by the driver circuit 27 with image information or data pattern information is limited to the number of remaining actively connected rows of the light modulator 4.
  • the inactive switched lines are denoted by the reference numeral 31 and shown unfilled.
  • To be distinguished from the inactive set lines 31 are the shaded light modulator cells 28b shown hatched in the schematic representation and the switched-in light modulator cells 28a shown filled in the schematic diagram.
  • the data pattern information namely whether the respective light modulator cell 28 is to be switched on or off, is transmitted during the scrolling process via the driver circuit 27.
  • no data pattern transmission by driver circuit 27 is required for the lines 31 inactivated by means 30 for inactivating lines.
  • the amount of data to be transmitted by the driver circuit 27 to the light modulator 4 is thereby reduced by the image information, which is no longer to be transmitted according to the invention, for the lines 31 set inactive. The achievable scroll speed increases accordingly.
  • a data pattern is first set by the driver circuit 27 to, for example, the line containing the switched-on light modulator cell 28a and then the data pattern of that row is moved to the adjacent row.
  • the shifting takes place by a complete new image is transmitted to the light modulator 4, on which the line is shifted accordingly. Due to the fact that this shift of the data pattern from line to line is parallel and synchronous to the
  • the exposure time of the photosensitive material 25 results from the number of active light modulator cells 28a, 28b and the scrolling clock rate, that is, the residence time of a single data pattern in a row.
  • the light source 2 illuminates, via the illumination optics 3, only the light modulator cells 28a, 28b, which are fundamentally active, ie. h., For which via the driver circuit 7 data pattern information is transmitted to the light modulator 4.
  • the light source 2 does not illuminate the inactive switched lines 31.
  • the entire intensity of the light source 2 is available for illuminating the active light modulator cells 28a, 28b.
  • FIG. 6 the situation for a conventional exposure device according to the prior art is shown for the purpose of illustrating the principle on which the present invention is based.
  • the light source 2 and the illumination optics 23 can be seen schematically.
  • the light modulator 4 can be seen.
  • the active region 32 can be seen on the light modulator 4.
  • FIG. 6 it can be seen that the active region 32 is identical to the total area of the light modulator 4. So all lines of the light modulator 4 are active.
  • the whole area of the light modulator 4, which is identical to the active area 32 of the light modulator 4, is completely illuminated by the light source 2 and the imaging optics 23.
  • the complete data pattern information for all lines of the light modulator 4 is transmitted for each exposure font or each scrolling step. Due to the large amount of data to be transmitted, the maximum exposure speed can be disadvantageously limited by the data transmission rate which the light modulator 4 allows to the maximum, so that under certain circumstances the minimum required exposure time, as resulting from the photochemical properties of the material to be exposed 25, is far exceeded , This has the great disadvantage that the exposure speed remains significantly behind the photochemical limits.
  • the operation principle of the exposure apparatus according to the present invention will be explained.
  • the light source 2 and the illumination optical system 23 can be seen schematically.
  • the active region 32 of the light modulator 4 with the active lines now only comprises the upper region of the light modulator 4.
  • the complete region of the light modulator, ie both the inactive lines 11 and the active region 32, is provided by the light source 2 and the illumination optics 23. illuminated.
  • the data pattern information to be transmitted via the driver circuit 7 to the light modulator 4 is significantly reduced compared to the situation in FIG. 2, since no information is available more must be transmitted for the inactive lines 31.
  • a significantly higher scroll rate can be achieved with great advantage, since the data pattern information which is to be transmitted to the light modulator 4 per exposure step or scroll substep is significantly reduced compared with the situation illustrated in FIG. 6, which is the prior art equivalent.
  • FIG. 8 initially shows a state comparable to the situation in FIG. 7. Again, of the entire surface of the light modulator 4, the inactive lines 31 are switched inactive such that via the driver circuit 27 no
  • Data pattern information must be transmitted to the light modulator 4. Only for the lines of the active region 32 of the light modulator 4 takes place via the driver circuit 7, a data pattern information transfer.
  • the active region 32 of the light modulator 4 is illuminated by the light source 2 and the illumination optics 3.
  • the illuminated area of the light modulator 4 thus substantially coincides with the active area 32 of the light modulator 4.
  • the use of laser diodes or a module consisting of a plurality of individual laser diodes is particularly suitable.
  • the active region 32 shown in FIGS. 6, 7 and 8 may also be shifted by means of the device for inactivating lines on the entire surface of the light modulator 4.
  • the non-activated lines 31 both above and below the active area 32.
  • the inactive lines 31 are set to those lines in which there are light modulator cells 28 which contain radiation-induced pixels.
  • the life of the exposure device can be extended in this way compared to the conventional exposure devices.
  • a device for exposing photosensitive material in particular offset printing plates, screens for screen printing, flexographic printing plates, proofing materials, steel plates for punching pattern production and photo paper specified in which by a skillful reduction of the amount of data to be transmitted to the light modulator at a given data transfer rate to the light modulator 4, a much higher exposure speed is achieved.
  • a focusing optics in conjunction with a light source with a much smaller etendue than the ⁇ tendue of the overall system can also be achieved that the full light emission of the light source is unchanged for the exposure process of the photosensitive material available.

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Abstract

Um eine Belichtungsvorrichtung (1) mit einer Lichtquelle (2), einem Lichtmodulator (4) sowie einer Lichteinkoppelungseinheit (3) anzugeben, bei der die Bestrahlungsstärke in dem Spektralbereich, welcher für die Belichtung des zu belichtenden Materials (6) benötigt wird, auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise optimiert wird, wird vorgeschlagen, daß die Lichtquelle (2) mindestens eine Laserdiode (7) umfasst.

Description

Belichtungsvorrichtung für Druckplatten
Die vorliegende Patentanmeldung betrifft eine Belichtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle, einem Lichtmodulator sowie eine Lichteinkoppelungseinheit.
Eine gattungsgemäße Belichtungsvorrichtung ist zum Beispiel in der DE 698 22 004 / EP 1 141 780 beschrieben. Diese bekannte Belichtungsvorrichtung umfasst eine Lampe mit Kondensoranordnung, einen Lichtmodulator aus einer reflektieren Mikrospiegelanordnung sowie eine geeignete Optik, um das von der Lampe emittierte Licht über den Lichtmodulator auf das zu belichtende Medium zu leiten. Als Lampe wird eine Bogenlampe oder Glühlampe verwendet, welche einen ovalen Leuchtfleck haben. Von dem ovalen Leuchtfleck geht divergente Strahlung aus, welche durch eine Kondensoroptik weiterverarbeitet wird.
Nachteilig an der vorbekannten Belichtungsvorrichtung ist, dass die als Lichtquelle gewählte Gasentladungslampe oder Glühlampe Licht über ein breites Frequenzspektrum emittiert. Demgegenüber ist z. B. bei UV- Belichtungsvorrichtungen nur ein kleiner Frequenzbereich im ultravioletten bis violetten Bereich, also etwa von 350 nm bis 450 nm, für die eigentliche Belichtung nutzbar. Aus diesem Grunde ist ein Großteil der von der Lampe emittierten Strahlung für das Belichtungssystem als Verlustleistung anzusehen. Hieraus ergibt sich in Folge eine ganze Reihe von Problemen, wie z. B. das Erfordernis einer Kühlung zum Abtransport der Wärmeleistung sowie eine im Verhältnis zur Nutzleistung unnötig hohe Leistungsaufnahme und damit verbunden hohe Betriebskosten.
Ein weiterer Nachteil der vorbekannten Belichtungsvorrichtung ist zudem die erwähnte Divergenz der von der Lichtquelle emittierten Strahlung. Durch die Divergenz des emittierten Lichtes ergibt sich der Umstand, dass auch das Licht in dem prinzipiell nutzbaren Spektralbereich, also bei UV- Belichtung von 350 nm bis 450 nm, nur zum Teil für den eigentlichen Belichtungsvorgang nutzbar ist. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Lichtquelle aufgrund des verhältnismäßig großen ovalen Lichtflecks und der erwähnten Divergenz eine größere Etendue als die übrigen
Komponenten der Belichtungsvorrichtung aufweist. Es kann daher nicht alles Licht der Lichtquelle in das System eingekoppelt werden. Insgesamt erhöht sich somit die Verlustleistung des Systems abermals. Außerdem ergeben sich häufig Probleme durch das nicht in das Belichtungssystem einkoppelbare Streulicht.
Auch aus der DE 19545 821 A1 ist eine Vorrichtung zum Belichten von Druckplatten mit einem Belichtungskopf, einer Lichtquelle, einer Bilderzeugungseinheit sowie einer Abbildungsoptik bekannt. Bei dieser Belichtungsvorrichtung ist ebenfalls die Verwendung einer Metallhalogenidlampe vorgesehen. Diese weist die oben beschriebenen Nachteile auf.
Zur Umgehung der genannten Probleme könnte nach dem Stand der Technik auch daran gedacht werden, die Beleuchtungsvorrichtung mit einem einzelnen Laser, z. B. einem Gas- oder Festkörperlaser zu realisieren. Hierdurch ließe sich zwar auf der einen Seite die Emission auf ein schmales nutzbares Frequenzband beschränken und auf der anderen Seite eine sehr geringe Divergenz des abgestrahlten Lichts erreichen.
Jedoch ist nachteilig an der Verwendung eines einzelnen Lasers, dass dieser in der Regel sehr kostenintensiv in der Anschaffung ist. Ferner ist das Problem bei der Verwendung eines einzelnen Lasers, dass die
Kohärenzlänge des emittierten Lichts sehr lang ist, was zu unerwünschten Beugungserscheinungen in der Belichtungsvorrichtung, und insbesondere am Ort des zu belichtenden Mediums, führen kann. Die Beugung wiederum kann nachteilig zu unerwünschten Inhomogenitäten in der Ausleuchtung des Lichtmodulators führen, wohingegen eine gleichmäßig homogene Ausleuchtung des Lichtmodulators angestrebt wird. Beim Einsatz eines einzelnen Lasers für die Belichtungsvorrichtung muss daher bei der Auslegung zusätzlich sichergestellt werden, dass keine
Interferenzen auftauchen. Dies wirkt sich in der Regel negativ auf die Kosten auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Belichtungsvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der die Bestrahlungsstärke in dem Spektralbereich, welcher für die Belichtung des zu belichtenden Materials benötigt wird, auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise optimiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass bei einer gattungsgemäßen Belichtungsvorrichtung die Lichtquelle eine Laserdiode umfasst. Laserdioden sind seit einiger Zeit mit einer Abstrahlcharakteristik über einen weiten Wellenlängenbereich kostengünstig verfügbar. Insbesondere für die strukturierte Belichtung von UV- bzw. violettempfindlichem Material, also von im Bereich von 350 nm bis 450 nm empfindlichen Materials, sind auf dem Markt Laserdioden mit einer Abstrahlcharakteristik in eben dem Wellenlängenbereich von 350 nm bis 450 nm ohne weiteres verfügbar.
Die Laserdioden können gemäß der Erfindung single-modig oder multi- modig sein. Das Licht einer Laserdiode ist einerseits auf ein gewünschtes schmales Frequenzintervall in gewünschter Weise beschränkt, zum anderen ist durch den integrierten Resonator mit Vorteil sichergestellt, dass das abgestrahlte Licht stark gebündelt ist, also geringe Divergenz aufweist, schließlich ist dabei jedoch die Kohärenzlänge des von der Laserdiode gemäß der Erfindung abgestrahlten Lichtes erheblich geringer als dies bei Lasern, wie z. B. Gas- oder Festkörperlasern der Fall ist.
Die geringe Kohärenzlänge der erfindungsgemäßen Laserdioden hat den großen Vorteil, dass innerhalb der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung keine Probleme mit unerwünschten
Beugungseffekten auftreten, welche wiederum zu einer Inhomogenen Ausleuchtung des Lichtmodulators führen würden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung emittiert die Laserdiode Licht im Bereich von ungefähr 350 nm bis ungefähr 450 nm. Hierdurch wird mit Vorteil die Belichtung von insbesondere konventionellen und violet Offset- Druckplatten ermöglicht. Gleichermaßen können mit Vorteil mit der Belichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung Siebe für Siebdruck, Flexo- Druckplatten, Proof-Materialien sowie Stahlplatten zur Stanzmusterherstellung strukturiert belichtet werden. Ferner sind mit Vorteil seit einiger Zeit Laserdioden in diesem Wellenlängenbereich verhältnismäßig günstig verfügbar.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung umfasst die Lichtquelle ein Modul aus mehreren, vorzugsweise zwanzig, Laserdioden. Hierdurch kann mit Vorteil die für die Belichtung zur Verfügung stehende Beleuchtungsstärke im relevanten Wellenlängenbereich weiter erhöht werden, in dem das Licht des mehrere Laserdioden umfassenden Moduls addiert wird. Dies ist prinzipiell möglich, da die Etendue jeder einzelnen Laserdiode erheblich geringer ist, als die Etendue des Belichtungssystems, welche durch das Display und die Projektionsoptik gegeben ist. Daher kann durch geeignete Addition der einzelnen Laserdioden des Moduls gemäß der Erfindung das Gesamtlicht des Moduls eine Etendue aufweisen, welche immer noch kleiner ist, als die Etendue des durch das Display und die Projektionsoptik gegebenen Belichtungssystems. Im Ergebnis lässt sich also mit Vorteil prinzipiell das Licht sämtlicher zu dem Modul gehörigen Laserdioden vollständig in die Belichtungsvorrichtung einkoppeln. Es bestehen dabei keine prinzipiellen durch das Etendue bedingten physikalischen Beschränkungen.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines aus mehreren Laserdioden bestehenden Moduls ist ein höheres Maß an Verfügbarkeit der Anlage, da der Ausfall einer einzelnen Laserdiode bei geeigneter Auslegung des Systems eine Fortsetzung des Belichtungsvorgangs mit der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung ermöglicht.
Die Verwendung von zwanzig Laserdioden ermöglicht es, auf am Markt verfügbare Komponenten zurückzugreifen, und hat sich bei der Auslegung der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung als besonders vorteilhaft erwiesen.
Wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung ein Strahlenfluss jeder Laserdiode in der Lichteinkoppelungseinheit geometrisch überlagert wird, kann das Licht mehrerer einzelner Laserdioden zur Ausleuchtung ein und derselben Lichtmodulatoreinheit verwendet werden. Die Bestrahlungsstärke des zu belichtenden Materials wird auf diese Weise weiter optimiert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lichteinkopplungseinheit Einzelglasfasern umfasst. Die Lichteinkopplung des von der Laserdiode emittierten Lichts in Einzelglasfasern ist unproblematisch, da die Strahlung von der Laserdiode aus einer sehr kleinen Austrittsfacette emittiert wird. Zudem ist ein Transport des eingekoppelten Lichts zu dem Lichtmodulator und anderen Komponenten der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung nach der erfolgten Einkoppelung mit Vorteil problemlos möglich. Ferner erfolgt eine weitere Homogenisierung des eingekoppelten Lichts im Innern der Einzelglasfasern durch Mehrfach reflexion an den Grenzflächen der Fasern zwischen Faserein- und -ausgang.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder Laserdiode eine separate Einzelglaserfaser zugeordnet ist. Bei der Verwendung von mehreren Laserdioden, beispielsweise eines Moduls von Laserdioden, lassen sich die Einzelglasfasern auf bequeme Weise zusammenführen, so dass eine geometrische Addition der von den einzelnen Laserdioden emittierten Strahlung erreicht wird. Das Licht jeder einzelnen Laserdiode wird zudem mit dem Licht der anderen Laserdioden durch Mehrfachreflexion an den Grenzflächen der Fasern zwischen Faserein- und -ausgang homogen vermischt. Man erreicht dadurch mit Vorteil eine äußerst homogene Ausleuchtung des Lichtmodulators der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung.
Wenn in einer speziellen Ausbildung der Erfindung die Einzelglasfaser einen Durchmesser von ungefähr 125 μm aufweist, erhält man eine besonders günstige Ausgestaltung, welche eine nahezu verlustfreie Einkopplung des Lichts der Einzellaserdiode ermöglicht, wobei die Abmessungen der Lichteinkopplungseinheit dennoch vorteilhaft klein gehalten werden können.
Wenn in Weiterbildung der Erfindung die Einzelglasfasern in der Lichteinkopplungseinheit zu einem Faserbündel zusammengeführt sind, ist ebenfalls mit Vorteil eine geometrische Überlagerung der Lichtemission jeder Einzellaserdiode möglich, so dass das am Ende des Faserbündels austretende Licht wie eine einzige Lichtquelle mit der addierten Intensität jeder Einzellaserdiode wirkt. AIs besonders vorteilhaft hat es sich gemäß der Erfindung erwiesen, wenn der Außendurchmesser des Faserbündels etwa 650 μm beträgt.
Zur weiteren Erhöhung der Bestrahlungsstärke des lichtempfindlichen Materials kann gemäß der Erfindung die Lichtquelle mehrere Module umfassen. Dabei besteht jedes Modul seinerseits aus mehreren, z. B. aus zwanzig, Laserdioden. Wiederum wird der Umstand dabei mit Vorteil ausgenutzt, dass die Etendue jeder einzelnen Laserdiode erheblich geringer ist als die Etendue des Systems aus Display und Projektionsoptik. Bei der Verwendung von herkömmlichen Lichtquellen wie z. B. Gasentladungslampen ist die Situation demgegenüber genau umgekehrt, d. h., die Etendue der Gasentladungslampe ist erheblich größer als die Etendue des Systems aus Display und Projektionsoptik. Bei einer Belichtungsvorrichtung mit einer herkömmlichen Lichtquelle wie einer Gasentladungslampe wäre also die Verwendung mehrerer Lichtquellen zur Erhöhung der BeStrahlungsintensität prinzipiell nur eingeschränkt möglich. Dieses Problem wird jedoch bei der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung der Laserdioden mit großem Vorteil umgangen.
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung umfasst die
Lichteinkopplungseinheit einen lichtintegrierenden Glasstab. Licht integrierende Glasstäbe haben den Vorteil, dass sie bei geeigneter Wahl des Querschnitts, z. B. bei Wahl eines rechteckigen Querschnitts, eine sehr gute Homogenisierung des in den Glasstab eingekoppelten Lichts möglich ist. Beispielsweise wäre es möglich, das Licht mehrerer einzelner Laserdioden gemäß der Erfindung in einen Glasstab mit rechteckigem Querschnitt und geeigneter Durchschnittsfläche einzukuppeln. Durch die Reflexionsvorgänge an der inneren Grenzfläche des Glasstabs zu der Umgebung erfolgt dann mit Vorteil eine sehr gute Durchmischung des Lichts der Einzellaserdioden, so dass am Ausgang des Glasstabs eine Beleuchtung der Lichtmodulatoreinheit mit homogenem Licht hoher spektraler Intensität möglich ist.
Wiederum beruht die Möglichkeit, gemäß der Erfindung das Licht mehrere Einzellichtquellen geometrisch zu addieren, auf der Eigenschaft der Einzellaserdioden, eine äußerst geringe Etendue aufzuweisen. Gleichzeitig ist bei der Überlagerung der einzelnen Laserdioden aufgrund der verhältnismäßig kurzen Kohärenzlänge im Allgemeinen auch nicht mit die Homogenität störenden Beugungseffekten zu rechnen.
In spezieller Weiterbildung der Erfindung weist der Glasstab einen eckigen, vorzugsweise rechteckigen, Querschnitt auf. Der Vorteil ist, dass der rechteckige Stabquerschnitt am Ausgang an einen rechteckigen Lichtmodulator, beispielsweise einen DMD™ (Digital Micromirror Device) geometrisch angepasst werden kann.
Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung ist der Strahlungsfluss variierbar ausgestaltet. Hierdurch wird mit Vorteil erreicht, dass die Belichtungsvorrichtung für unterschiedliche Materialien oder Anwendungen durch den Anwender angepasst werden kann. Beispielsweise können bestimmte Anwendungen eine geringere Belichtungsintensität erfordern als andere. Im Wechselspiel mit der Belichtungszeit erhält man durch die variierbare Ausgestaltung des Strahlungsflusses der Lichtquelle eine sehr flexible Anpassung der Prozessparameter.
In diesem Zusammenhang hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Strahlungsfluss der Laserdiode selber variierbar ausgestaltet ist. Hierdurch lässt sich eine direkte Variation des Strahlungsflusses der Lichtquelle der Belichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung erreichen. Dabei kann die Variation durch Einsatz geeigneter geregelter Stromquellen im wesentlichen stufenlos realisiert sein.
In alternativer Ausgestaltung der Variante der Erfindung ist die Lichtquelle mit Mitteln zum separaten Zu- oder Abschalten einzelner Laserdioden versehen. Bei Verwendung eines Moduls aus mehreren Laserdioden für die Lichtquelle kann auf diese Weise mit Vorteil bei konstantem Betriebsstrom für jede einzelne Laserdiode eine Variation des Strahlungsflusses erreicht werden. Dabei lässt sich der Strahlungsfluss prinzipiell in Stufen von 100% bis 0 % variieren, wobei die Anzahl der erreichbaren Graustufen durch die Anzahl der einzelnen Laserdioden innerhalb eines Moduls gegeben ist. In vielen Fällen der Anwendung ist eine solche gestufte Variierbarkeit ausreichend und es kann mit Vorteil auf eine Stromregelung zur Variation des Strahlungsflusses verzichtet werden.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Lichtquelle ist besonders vorteilhaft bei einer Belichtungsvorrichtung mit einer Lichtquelle, einem eine Vielzahl von Zeilen aus lichtmodulierenden Zellen aufweisenden Lichtmodulator, einer Einrichtung zum Abbilden von Datenmustern auf dem
Lichtmodulator, einer Einrichtung zum Abbilden des Lichtmodulators auf lichtempfindliches Material, einer Einrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Lichtmodulator und dem lichtempfindlichen Material, wobei die Relativbewegung im wesentlichen senkrecht zu den Zeilen aus lichtmodulierenden Zellen verläuft, sowie mit einer Einrichtung zum Scrollen eines auf einer gegebenen Zeile des Lichtmodulators angezeigten Datenmusters durch die verschiedenen Zeilen des Lichtmodulators, wobei das Scrollen derart mit der Relativbewegung synchronisiert erfolgt, dass eine Abbildung eines auf dem Lichtmodulator angezeigten Datenmusters auf dem lichtempfindlichen Material bezüglich des lichtempfindlichen Materials im wesentlichen stationär ist, da aufgrund der höheren Lichtintensität die Belichtungszeiten reduziert werden können.
Eine derartige Belichtungsvorrichtung ist z. B. aus der EP 0 0954624.3 (entspricht PCT/EP 00/07842) bekannt. Dort ist ein System offenbart, welches insbesondere bei Prozessen Verwendung findet, bei denen große Mengen von moduliertem Licht im blauen und ultravioletten Bereich benötigt werden, wie beispielsweise bei der Belichtung von Druckplatten, der Belichtung von gedruckten Schaltungen.
Das Prinzip dieser nach dem so genannten Integrating Digital Screen Imaging Verfahren (IDSI) arbeitenden Belichtungsvorrichtungen ist, dass das lichtempfindliche Material kontinuierlich bewegt wird, während der Bildinhalt mit gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung durch den Lichtmodulator gescrollt wird. Der Bildinhalt bleibt so ortsfest auf dem zu belichtenden Material. Die Belichtungszeit jedes Bildpunktes ergibt sich hierbei durch Integration aller verhältnismäßig kurzen Einzelbelichtungen derselben Zelle einer Reihe. Die Belichtungszeit hängt ab von der Verfahrgeschwindigkeit, dem duty-cycle des Lichtmodulators und von der Anzahl der Zeilen. Bei gegebener Verfahrgeschwindigkeit und gegebenem duty cycle hängt die Belichtungszeit außerdem von der Anzahl der Zeilen ab. Je größer die Anzahl der Zeilen des Lichtmodulators ist, desto länger sind die erzielbaren Belichtungszeiten, sofern jedes Datenmuster von der Zeile an einer Außenseite des Lichtmodulators über den gesamten Anzeigebereich des Lichtmodulators bis hin zu der der Ausgangszeile entgegengesetzten Außenzeile bewegt („gescrollt") wird.
Aus Prozessoptimierungsgründen wird in der Regel eine weitestmögliche Minimierung der Belichtungszeiten angestrebt. Hierzu kann die Lichtempfindlichkeit des lichtempfindlichen Materials beispielsweise gesteigert werden. In diesem Falle wäre es prinzipiell möglich, die Relativbewegung zwischen dem Lichtmodulator und dem lichtempfindlichen Material bei der vorbekannten Belichtungsvorrichtung zu erhöhen. Die über alle Zeilen des Lichtmodulators aufintegrierte Belichtungszeit für jeden Bildpunkt verkürzt sich dann entsprechend. Dabei muß selbstverständlich die Scrolling-Rate synchron mit der Relativbewegung vergrößert werden.
Gängige Lichtmodulatoren sind Mikroanzeigevorrichtungen, die jeweils aus einer Matrix aus individuell steuerbaren Einzellichtmodulatoren aufgebaut sind. Besonders verbreitet sind dabei digitale Spiegelanordnungen (DMD™ „Digital Micromirror Device"), Flüssigkristallmatrizen (LCD) mit transmissiver Architektur oder auch seit einiger Zeit reflektive Flüssigkristallanzeigen (LCOS).
Allen diesen gängigen Lichtmodulatoren gemein ist, dass sie die
Bildinformation punktweise modulieren. Insbesondere enthalten diese Lichtmodulatoren kein Schieberegister, welches es ermöglichen würde, die einmal an den Lichtmodulator übertragene Bildinformation für eine Zeile eigenständig in die jeweilige Nachbarzeile weiterzuübertragen („Schieben"). Somit muss zur Realisierung des Scrolling-Prinzips das komplette Display jeweils vollständig neu beschrieben werden, wenn sich die Belichtungseinheit relativ zum lichtempfindlichen Material um eine Bildzeile bewegt. Es muss also Bildinformation für jeden Bildpunkt der Lichtmodulatormatrix an den Lichtmodulator für jeden Einzelbelichtungszustand der Scrolling-Prozedur übertragen werden.
Hierdurch kommt es in der Praxis zu sehr hohen Datenübertragungsraten. Beispielsweise können die zu übertragenden Daten die Größenordnung von 10 GBit/s erreichen. Demgegenüber sind jedoch die verfügbaren Lichtmodulatormatrizen bezüglich der von diesen zu empfangenen Datenübertragungsraten begrenzt. Beispielsweise kann die Datenübertragungsrate einer Lichtmodulatormatrix auf 7,6 GBit/s begrenzt sein.
Aufgrund dessen kann sich ein großer Nachteil der bekannten Belichtungsvorrichtungen bezüglich der tatsächlich erreichbaren minimalen Belichtungszeiten ergeben. Sofern die zu einer maximal zulässigen Datenübertragungsrate an die Lichtmodulatormatrix gehörige Scrolling-Rate zu durch die Anzahl der Zeilen definierten Belichtungszeiten führt, welche die von dem lichtempfindlichen Material minimal erforderliche Belichtungszeit übersteigt, kann die durch das lichtempfindliche Material definierte minimale Belichtungszeit von der Belichtungsvorrichtung tatsächlich nicht erreicht werden.
Die minimale Belichtungszeit wird in diesem Fall also nicht durch das lichtempfindliche Material bestimmt, sondern wird in unerwünschter Weise durch die Belichtungsvorrichtung und insbesondere durch die Begrenzung der maximalen Datenübertragungsrate an die Lichtmodulatormatrix festgelegt. Die Belichtungszeit einer gattungsgemäßen Belichtungsvorrichtung ist im übrigen gegeben durch das Produkt aus der Anzahl der Zeilen des Lichtmodulators und der reziproken Biidrate des Scroll-Vorgangs.
In der US 5,672,464 ist ebenfalls eine Belichtungsvorrichtung der gattungsgemäßen Art offenbart, ebenfalls basierend auf dem Scrolling- Prinzip. Dort wird der Fall behandelt, dass die verfügbare Anzahl von Zeilen der Lichtmodulatormatrix die Zahl der für die vollständige
Belichtung des lichtempfindlichen Materials erforderlichen sequentiellen Belichtungen übertrifft. Es wird für diesen Fall vorgeschlagen, den Scroll- Vorgang nicht über sämtliche Zeilen des Lichtmodulators zu erstrecken, indem einzelne Zeilen aus- bzw. schwarzgeschaltet werden. Dies soll jedoch durch Übertragung entsprechender Datenmuster auf den Lichtmodulator erfolgen, wobei auch die Bildinformation für die „schwarzen" Zeilen übertragen werden muß. Eine Verminderung der zu übertragenden Datenmenge ergibt sich demzufolge nicht.
Somit weist auch das Verfahren bzw. die Belichtungsvorrichtung aus der US 5,672,464 die oben beschriebene Begrenzung der technisch realisierbaren minimalen Belichtungszeit nach oben auf. Die technisch realisierbare minimale Belichtungszeit ist ebenfalls nicht etwa durch die photochemische Empfindlichkeit des lichtempfindlichen Materials gegeben, sondern ist stattdessen in unerwünschter Weise durch die maximal mögliche Datenübertragungsrate von Bildinformationen an den Lichtmodulator begrenzt.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lichtquelle lassen sich besser nutzen, wenn eine Einrichtung zum Inaktivieren einer vorgebbaren Anzahl von Zeilen des Lichtmodulators vorgesehen ist und der Lichtmodulator durch Beschickung von im wesentlichen nur der aktiven Zeilen mit den Datenmustern betreibbar ist. Hierdurch wird mit Vorteil der Lichtmodulator effektiv beschränkt auf eine verminderte Zahl aktivierter Zeilen, wohingegen die Bildpunkte der inaktivierten Zeilen permanent auf den Schaltzustand „AUS" gesetzt werden, ohne, daß dazu Daten an den Lichtmodulator übertragen werden müssen.
Dadurch dass zusätzlich der Lichtmodulator so betrieben werden kann, dass er zur Schaltung der noch aktiv gesetzten Zeilen lediglich die Bildinformation, also die Datenmuster, für diese aktiv gesetzten Zeilen , nicht jedoch Daten für die inaktivierten Zeilen, benötigt, kann bei gegebener Datenübertragungsrate an den Lichtmodulator eine höhere Scroll-Rate eingestellt werden. Dies wird mit Vorteil nicht etwa durch eine technisch aufwendige Erhöhung der Datenübertragungsrate an den Lichtmodulator erreicht, sondern vielmehr durch eine Reduzierung der zu übertragenden Bildinformation. Durch geeignete Wahl der Anzahl der zu inaktivierenden Zeilen lässt sich hierdurch mit Vorteil auf einfache Weise die maximale Belichtungsgeschwindigkeit an den Wert annähern, der durch die minimal erforderliche Belichtungszeit gegeben ist, entsprechend den photochemischen Eigenschaften des lichtempfindlichen zu belichtenden Materials.
Besonders vorteilhaft ist es in spezieller Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung, wenn die Einrichtung zur Inaktivierung eines vorgebbaren zusammenhängenden Bereichs von Zeilen ausgebildet ist. Gegenüber einem Schema, demzufolge man beispielsweise alle ungraden oder alle graden Zeilen inaktiv schaltet, kann bei der erfindungsgemäßen Inaktivierung zusammenhängender Bereiche von Zeilen mit Vorteil eine Optimierung der Ausleuchtung dieses aktiven Zeilenbereiches realisiert werden. Außerdem ist es in der Regel für den Belichtungsvorgang vorteilhaft, wenn die Belichtung zusammenhängend am Stück erfolgt und nicht mit Unterbrechungen entsprechend zwischendurch eingefügten inaktiv geschalteten Zeilen.
Eine besonders flexible vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung erhält man, wenn der Bereich der inaktiv geschalteten Zeilen verschiebbar ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich u. a. die Lebensdauer der Lichtmodulatormatrix erhöhen, indem man den Bereich aktiver Zeilen auf einen Zeilenbereich des Lichtmodulators verschiebt, in welchem keine oder möglichst wenige Bildpunkte bestrahlungsinduziert ausgefallen sind. Da es gemäß der Erfindung nicht erforderlich ist, alle Zeilen des Lichtmodulators gleichzeitig zu benutzen, kann also gemäß der Erfindung der Lichtmodulator durch Verschieben der inaktiv zu schaltenden Zeilen auf solche Zeilen, welche bestrahlungsinduziert ausgefallene Bildpunkte enthalten, ohne Einschränkung für die Belichtungsqualität weiter benutzt werden.
In Weiterbildung der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung sind Mittel zur Fokussierung der Lichtquelle im wesentlichen auf die aktiven Zeilen des Lichtmodulators vorgesehen. Hierdurch lässt sich eine weitere Verkürzung der Belichtungszeit erreichen, da die Strahldichte der auf die aktiven Zeilen auftreffenden Lichtstrahlung erhöht wird. Wohingegen bei Inaktivsetzung einiger Zeilen des Lichtmodulators ohne die erfindungsgemäße Fokussierung der Lichtquelle auf die aktiven Zeilen der auf die inaktiv gesetzten Zeilen fallende Anteil der Lichtstrahlung verloren geht, wird gemäß dieser erfindungsgemäßen Variante sämtliche Lichtleistung der Lichtquelle ausschließlich zur Beleuchtung der tatsächlich benutzten, aktiv gesetzten Zeilen des Lichtmodulators verwendet.
Um sicherzustellen, dass der ausgeleuchtete Bereich des Lichtmodulators stets mit dem aktiv gesetzten Zeilenbereich des Lichtmodulators zusammenfällt, insbesondere auch für den Fall, dass der Bereich der aktiven Zeilen des Lichtmodulators variiert, ist es gemäß einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn die Mittel zur Fokussierung bezüglich eines Fokalbereiches variabel ausgebildet sind.
Gemäß einer besonders günstigen Variante der Erfindung weist die Lichtquelle ein kleineres Etendue auf als eine aus dem Lichtmodulator und der Einrichtung zum Abbilden des Lichtmodulators auf lichtempfindliches Material gebildete Einheit. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei Fokussierung der Lichtquelle auf den Bereich der aktiven Zeilen des Lichtmodulators trotz der damit aus abbildungsoptischen Gründen unvermeidlich einhergehenden Vergrößerung der Divergenz der Strahlen dennoch die von der Lichtquelle emittierte Strahlung vollständig für die Belichtung des lichtempfindlichen Materials zur Verfügung steht. Es entsteht in diesem Falle kein durch Begrenzungen in der numerischen Apertur der nachgeschalteten optischen Komponenten des Belichters bedingter Verlust an für die Belichtung nutzbarer Lichtstrahlung.
Die Erfindung wird in einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf eine Zeichnung beispielhaft beschrieben, wobei weitere vorteilhafte Einzelheiten den Figuren der Zeichnung zu entnehmen sind.
Funktionsmäßig gleiche Teile sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren der Zeichnung zeigen im Einzelnen:
Fig. 1 schematische Darstellung des Gesamtaufbaus der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung,
Fig. 2 schematische Detaildarstellung der Lichtquelle und der Lichteinkoppelungseinheit der erfindungsgemäßen
Belichtungsvorrichtung aus Figur 1 ,
Fig. 3 schematische Darstellung des Strahlengangs im Belichtungskopf,
Fig. 4 schematische Darstellung der Belichtungsvorrichtung mit stationärer Lichtquelle,
Fig. 5 eine schematische Darstellung der vollständigen Belichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 6 eine schematische Darstellung der prinzipiellen Funktionsweise einer herkömmlichen Belichtungsvorrichtung gemäß dem Stand der Technik, Fig. 7 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung und
Fig. 8 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung.
In der Figur 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Belichtungsvorrichtung 1 dargestellt. Die Belichtungsvorrichtung 1 besteht aus einer Lichtquelle 2, einer Lichteinkopplungseinheit 3, einem Lichtmodulator 4 sowie einer Abbildungsoptik 5. Außerdem ist in der Figur 1 ein zu belichtendes Material 6 zu erkennen. Die Lichtquelle2 ist aufgebaut aus einer Zeile von insgesamt zwanzig einzelnen Laserdioden 7. Jede Laserdiode 7 emittiert Licht im Wellenlängenbereich von ca. 400 bis 410 nm. Die optische Strahlungsleistung jeder Laserdiode 7 beträgt etwa 60 mWatt. Das Licht jeder einzelnen Laserdiode 7 wird in die Lichteinkoppelungseinheit 3 eingekoppelt. Dabei beseht die Lichteinkoppelungseinheit 3 aus insgesamt zwanzig Einzelglasfasern 8. Jede Einzelglasfaser 8 ist genau einer Laserdiode 7 zugeordnet, so dass das Licht jeder Laserdiode 7 in jeweils eine Einzelglasfaser 8 eingekoppelt wird. Die Einzelglasfasern 8 laufen zusammen und sind am Eingang des Lichtmodulators 4 zu einem Faserbündel 9 zusammengeführt. Mit dem Faserbündel 9 wird der Lichtmodulator 4 beleuchtet. Dabei tritt am Ausgang des Faserbündels 9 Licht von jeder der zwanzig einzelnen Laserdioden 7 auf den Lichtmodulator 4 auf. Der Durchmesser jeder Einzelglasfaser 8 beträgt 125 μm. Der Gesamtaußendurchmesser des Faserbündels 9 beträgt 650 μm. Das von dem Lichtmodulator 4 modulierte Licht 10 wird über die Abbildungsoptik 5 auf das zu belichtende Material 6 gelenkt. Die im Vergleich zur Etendue des Gesamtsystems aus dem Lichtmodulator 4 und der Abbildungsoptik 5 sehr kleine Etendue der einzelnen Laserdioden 7 bewirkt, dass das am Ausgang des Faserbündels 9 austretende Licht seinerseits eine Etendue hat, welche noch immer geringer ist als die Etendue des Systems aus
Lichtmodulator 4 und Abbildungsoptik 5. Somit ist theoretisch eine verlustfreie Einkoppelung des Lichts aller zwanzig Laserdioden in die Beleuchtungsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung möglich.
Die Figur 2 zeigt einige Details der erfindungsgemäßen Einheit aus Laserdioden 7 und Lichteinkoppelungseinheit 3. Wie zu erkennen, umfasst die Lichtquelle 2 insgesamt zwanzig Laserdioden 7. Die Laserdioden 7 sind zu einem Modul 11 bestehend aus zwanzig Einzellaserdioden 7 zusammengefasst. Am Ausgang des Moduls 11 ist jeder Laserdiode 7 eine Einzelglasfaser 8 zugeordnet. Die insgesamt zwanzig Einzelglasfasern 8 sind zu dem Faserbündel 9 zusammengefasst. Das Faserbündel 9 ist durch das Außengehäuse 12 der Einheit aus Lichtquelle 2 und Lichteinkoppelungseinheit 3 hindurchgeführt und dort mit einem FC (Fiber Channel) Stecker 13 verbunden.
Das Modul 11, welches die zwanzig Laserdioden 7 zusammenfasst, ist auf einer Kühlplatte 14 angebracht. Die Kühlplatte 14 ist an den Enden jeweils mit einem Kühlrohr 15 verbunden. In das Kühlrohr 15 kann an dem Anschlussstutzen 16 Kühlflüssigkeit eingefüllt und zirkuliert werden.
Die Lichtquelle 2 umfasst ferner die Steuereinheit 17 für die zwanzig Laserdioden 7. Die Steuereinheit 17 der Lichtquelle 2 wird über einen Stecker 18 vom Format Dsub mit Energie versorgt. Die Steuereinheit 7 ist wärmeleitend mit einem Kühlkörper 19 verbunden. Der Kühlkörper 19 ist seinerseits mit den Kühlrohren 15 wärmeleitend verbunden. Am Ausgang des FC-Steckers 13 wird die Gesamtemission der zwanzig Einzellaserdioden 7 des Moduls 11 als Gesamtstrahlung 20 emittiert. Die Gesamtstrahlung 20 weist eine Etendue auf, welche geringer ist als die Etendue der Einheit aus Lichtmodulator 4 und Abbildungsoptik 5. Es bestehen somit keine prinzipiellen Beschränkungen bezüglich der Einkoppelungsmöglichkeit der Gesamtstrahlung 20 in den Lichtmodulator 4 und die Abbildungsoptik 5. Somit kann der wesentliche Teil der Gesamtstrahlung 20 auf das zu belichtende Material 6 gerichtet werden.
Im Betrieb der Lichtquelle 2 wird über die Anschlussstutzen 16 Kühlflüssigkeit durch das Kühlrohr 15 geleitet. Die im Kühlrohr 15 zirkulierende Kühlflüssigkeit transportiert dabei über den Kühlkörper 19 Wärme von der Steuereinheit 17 der Laserdiode 7 ab. Außerdem führt die Kühlflüssigkeit in dem Kühlrohr 15 Wärme von dem Modul 11, welches aus den zwanzig Laserdioden 7 besteht, über die Kühlplatte 14 ab. Insgesamt ist die abgeführte Verlustwärme im Verhältnis zur nutzbaren emittierten Gesamtstrahlung 20 gemäß der Erfindung erheblich geringer als dies bei konventionellen Belichtungsvorrichtungen der Fall ist, welche als Lichtquelle eine Gasentladungslampe oder Glühlampe mit breitem Emissionsspektrum verwenden.
Hiermit ist gemäß der Erfindung eine Belichtungsvorrichtung vorgeschlagen, mit welcher die Bestrahlungsstärke von UV-empfindlichem Material 6 auf vergleichsweise einfache und kostengünstige Weise optimiert wird. Bei der Auslegung der Abbildungsoptik 5 sind im allgemeinen keine Beugungseffekte zu berücksichtigen, da die Kohärenzlänge der Lasedioden 7 vergleichsweise kurz ist. Eine Homogenisierung des von den einzelnen Laserdioden 7 emittierten Lichts erfolgt durch mehrfache Reflexion innerhalb der Einzelglasfasem 8 des Faserbündels 9. In der Figur 3 erkennt man den im Belichtungskopf 38 vorgesehenen Strahlengang. Das über das Faserbündel 9 bzw. den Lichtwellenleiter 37 dem beweglichen Belichtungskopf zugeführte Licht, wird zunächst in den Integratorstab 21 eingekoppelt. Der Integratorstab 21 dient dem Homogenisieren des Lichtes und wird deshalb auch als integrierender Mischstab bezeichnet. Es sind auch sogenannte Hohlleiter bzw. Lichttunnel verwendbar, in denen das Licht eine Vielzahl von Reflektionen erfährt. Das Licht verlässt dann den Integratorstab 21 durch die Integratorlinse 36 und dem Objektiv 35, wodurch der Strahl aufgeweitet wird. Der Spiegel 34 lenkt den Strahl dann in Richtung Lichtmodulator ab. Dadurch durchläuft es doppelt die Feldlinse 33 um dann mittels der Abbildungsoptik 29 auf dem lichtempfindlichen Material 25 aufzutreffen. Die Abbildungsoptik 29 bildet das Bild des Lichtmodulators 4 in der Ebene des lichtempfindlichen Materials 25.
Figur 4 zeigt den möglichen Aufbau der erfindungsgemäßen
Belichtungsvorrichtung. Dabei besteht die Lichtquelle 2 aus mehreren Modulen 11 , die alle über den Kühlwasserzulauf 39 und den Kühlwasserablauf 40 gekühlt werden. Die aus den Modulen 11 austretenden Faserbündel 9 werden in einen Lichtwellenleiter 37 eingekoppelt, der das Licht dem Belichtungskopf 28 zuführt. Der
Belichtungskopf 38 bewegt sich in zwei orthogonal angeordneten Achsen 42. Der Lichtwellenleiter 37 muss dieser Bewegung entsprechend folgen. Das lichtempfindliche Material 25 liegt auf dem Maschinenbett 41 auf. Durch die externe Anordnung der Lichtquelle, kann die Masse des Belichtungskopfes 38 vorteilhaft verringert werden, so dass die
Vorrichtung eine besonders gute Dynamik aufweist. Bei Verwendung eines Faserlasers oder eines Scheibenlasers kann in bestimmten Fällen auch auf die Wasserkühlung verzichtet werden. In solchen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Lichtquelle 2 auch im Belichtungskopf anzuordnen. In der Figur 5 ist schematisch eine Belichtungsvorrichtung 1 gezeigt. Eine Lichtquelle 2 wird unter Verwendung einer ersten Beleuchtungsoptik 23 und einem Lichtmodulator 4 abgebildet. Die Position des lichtempfindlichen Materials 25 relativ zum Lichtmodulator 4 wird durch einen Positionsgeber 26 verändert. Die Relativbewegung erfolgt senkrecht zu den Zeilen des Lichtmodulators 4. Datenmuster werden unter Verwendung einer Treiberschaltung 27 in die erste Spalte mit Zellen 28 des Lichtmodulators übertragen. Die Zeilen des Lichtmodulators 4 verlaufen in der schematischen Darstellung senkrecht zur Zeichenebene.
Wichtig bei der Übertragung des Datenmusters in die erste Spalte mit Zellen 28 des Lichtmodulators 4 ist die Synchronisation der Datenmusterübertragung mit der Bewegung des lichtempfindlichen Materials 25. Das in die erste Zeile übertragene Datenmuster wird synchron zur Relativbewegung in die nächste Zeile verschoben, so dass das auf das lichtempfindliche Material 25 übertragende Datenmuster ortsfest auf diesem verbleibt.
Der Lichtmodulator 4 besteht aus mehreren Zeilen von Zellen 28. Diese verlaufen senkrecht zur Zeichenebene in dieser schematischen Darstellung. Jede Zelle 28 in der schematischen Darstellung entspricht somit einer Zeile in der Draufsicht.
Das auf den Lichtmodulator 4 übertragende Datenmuster besteht aus Kombinationen von eingeschalteten 28a und ausgeschalteten 28b Lichtmodulatorzellen 28. Werden die Zellen 28 eingeschaltet, wird das auf sie fallende Licht über eine zweite Abbildungsoptik 29 auf das lichtempfindliche Material 25 gelenkt. Das Licht, das auf ausgeschaltete Zellen 28b trifft, wird vom lichtempfindlichen Material 25 weggelenkt. Bis zu diesem Punkt entspricht die beschriebene Belichtungsvorrichtung 1 dem Stand der Technik. Darüber hinaus weist die vorliegende Belichtungsvorrichtung 1 jedoch gemäß der Erfindung eine Einrichtung 30 zum Inaktivieren einer bestimmen, wählbaren Anzahl von Zeilen des Lichtmodulators. Hierdurch wird die Anzahl der Zellen 28, die von der Treiberschaltung 27 mit Bildinformation bzw. Datenmusterinformation beschickt werden muss, eingeschränkt auf die Anzahl der verbleibenden aktiv geschalteten Zeilen des Lichtmodulators 4.
In der schematischen Darstellung sind die inaktiv geschalteten Zeilen mit dem Bezugszeichen 31 bezeichnet und nicht ausgefüllt dargestellt. Von den inaktiv gesetzten Zeilen 31 zu unterscheiden sind die in der schematischen Darstellung schraffiert dargestellten ausgeschalteten Lichtmodulatorzellen 28b und die in der schematischen Darstellung ausgefüllt dargestellten eingeschalteten Lichtmodulatorzellen 28a.
Für die eingeschalteten Lichtmodulatorzellen 28a und die ausgeschalteten Lichtmodulatorzellen 28b wird beim Scrolling-Vorgang jeweils über die Treiberschaltung 27 die Datenmusterinformation, ob nämlich die jeweilige Lichtmodulatorzelle 28 eingeschaltet oder ausgeschaltet werden soll, übertragen. Demgegenüber muß für die mittels der Einrichtung 30 zum Inaktivieren von Zeilen inaktiv gesetzten Zeilen 31 keine Datenmusterübertragung durch die Treiberschaltung 27 erfolgen. Die von der Treiberschaltung 27 an den Lichtmodulator 4 zu übertragende Datenmenge wird dadurch um die gemäß der Erfindung nicht mehr zu übertragende Bildinformation für die inaktiv gesetzten Zeilen 31 vermindert. Die erreichbare Scroll-Geschwindigkeit vergrößert sich dementsprechend.
In dem normalen und aus dem Stand der Technik bekannten Betrieb wird ein Datenmuster zunächst von der Treiberschaltung 27 auf beispielsweise die die eingeschaltete Lichtmodulatorzelle 28a enthaltende Zeile gesetzt und anschließend wird das Datenmuster dieser Zeile auf die angrenzende Zeile verschoben. Das Verschieben erfolgt, indem ein vollständiges neues Bild an den Lichtmodulator 4 übertragen wird, auf dem die Zeile entsprechend verschoben ist. Dadurch, dass diese Verschiebung der Datenmuster von Zeile zu Zeile parallel und synchron zu der
Relativbewegung des lichtempfindlichen Materials 25, welche durch den Positionsgeber 26 erzeugt wird, erfolgt, bleibt das Datenmuster dabei ortsfest auf dem lichtempfindlichen Material 25. Die Belichtungsdauer des lichtempfindlichen Materials 25 ergibt sich aus der Anzahl der aktiven Lichtmodulatorzellen 28a, 28b und der Scrolling-Taktrate, also der Verweilzeit eines einzelnen Datenmusters in einer Zeile.
Weiter ist in der Figur 5 zu erkennen, dass die Lichtquelle 2 über die Beleuchtungsoptik 3 lediglich die Lichtmodulatorzellen 28a, 28b beleuchtet, welche grundsätzlich aktiv sind, d. h., für welche über die Treiberschaltung 7 Datenmusterinformationen an den Lichtmodulator 4 übertragen wird. Demgegenüber beleuchtet die Lichtquelle 2 die inaktiv geschalteten Zeilen 31 nicht. Damit steht die gesamte Intensität der Lichtquelle 2 zur Ausleuchtung der aktiven Lichtmodulatorzellen 28a, 28b zur Verfügung.
In der Figur 6 ist zur Verdeutlichung des der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Prinzips zum Vergleich die Situation bei einer herkömmlichen Belichtungsvorrichtung nach dem Stand der Technik dargestellt.
Zu erkennen ist schematisch die Lichtquelle 2 und die Beleuchtungsoptik 23. Außerdem ist der Lichtmodulator 4 zu erkennen. Durch Schraffur ist auf dem Lichtmodulator 4 der aktive Bereich 32 zu erkennen. In der Figur 6 ist zu erkennen, dass der aktive Bereich 32 identisch ist mit dem Gesamtbereich des Lichtmodulators 4. Es sind also sämtliche Zeilen des Lichtmodulators 4 aktiv.
Außerdem ist zu erkennen, dass durch die Lichtquelle 2 und die Abbildungsoptik 23 der gesamte Bereich des Lichtmodulators 4, welcher identisch ist mit dem aktiven Bereich 32 des Lichtmodulators 4, vollständig ausgeleuchtet wird.
Für den Scroll-Vorgang wird für jeden Belichtungsschrift bzw. jeden Scroll- Schritt die komplette Datenmusterinformation für alle Zeilen des Lichtmodulators 4 übertragen. Durch die große zu übertragende Datenmenge kann nachteilhaft die maximale Belichtungsgeschwindigkeit beschränkt sein durch die Datenübertragungsrate, welche der Lichtmodulator 4 maximal zulässt, so dass unter Umständen die minimal erforderliche Belichtungszeit, wie sie sich aus den photochemischen Eigenschaften des zu belichtenden Materials 25 ergibt, weit überschritten wird. Dies hat den großen Nachteil, dass die Belichtungsgeschwindigkeit hinter den photochemischen Grenzen deutlich zurückbleibt.
Mit Bezugnahme auf die Figur 7 wird das Funktionsprinzip der Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. Wiederum ist schematisch die Lichtquelle 2 und die Beleuchtungsoptik 23 zu erkennen. Auf dem Lichtmodulator 4 ist nunmehr zu erkennen, dass ein Teil der gesamten Displayfläche aus den inaktiven Zeilen 31 besteht. Der aktive Bereich 32 des Lichtmodulators 4 mit den aktiven Zeilen umfasst nunmehr lediglich den oberen Bereich des Lichtmodulators 4. Weiterhin ist durch die Lichtquelle 2 und die Beleuchtungsoptik 23 der vollständige Bereich des Lichtmodulators, also sowohl die inaktiven Zeilen 11 als auch der aktive Bereich 32, ausgeleuchtet. Die über die Treiberschaltung 7 an den Lichtmodulator 4 zu übertragende Datenmusterinformation ist gegenüber der Situation in Figur 2 deutlich reduziert, da keine Information mehr für die inaktiven Zeilen 31 übertragen werden muss. Hierdurch kann mit großem Vorteil eine wesentlich höhere Scroll-Rate erreicht werden, da die Datenmusterinformation, welche pro Belichtungsschritt bzw. Scroll- Teilschritt an den Lichtmodulator 4 zu übertragen ist, deutlich vermindert ist gegenüber der in Figur 6 dargestellten Situation, welche dem Stand der Technik entspricht.
In Figur 8 ist schließlich zunächst ein mit der Situation in Figur 7 vergleichbarer Zustand dargestellt. Wiederum sind von der gesamten Fläche des Lichtmodulators 4 die inaktiven Zeilen 31 derart inaktiv geschaltet, dass über die Treiberschaltung 27 keine
Datenmusterinformation an den Lichtmodulator 4 übertragen werden muss. Lediglich für die Zeilen des aktiven Bereichs 32 des Lichtmodulators 4 erfolgt über die Treiberschaltung 7 eine Datenmusterinformationsübertragung.
Im Unterschied zu der in Figur 7 dargestellten Situation ist jedoch durch die Lichtquelle 2 und die Beleuchtungsoptik 3 lediglich der aktive Bereich 32 des Lichtmodulators 4 beleuchtet. Der ausgeleuchtete Bereich des Lichtmodulators 4 fällt somit im wesentlichen zusammen mit dem aktiven Bereich 32 des Lichtmodulators 4.
Hierdurch wird gegenüber dem Aufbau aus Fig. 7 der zusätzliche Vorteil erzielt, dass die gesamte von der Lichtquelle 2 abgegebene Strahlung auf den aktiven Bereich 32 fällt und somit für die Belichtung des lichtempfindlichen Materials 25 zur Verfügung steht. Demgegenüber wird die für die Belichtung des lichtempfindlichen Materials 25 zur Verfügung stehende Strahlung bei der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform der Erfindung vermindert um den auf die inaktiven Zeilen 31 fallenden Anteil der NichtStrahlung der Lichtquelle 2. Die in Figur 8 dargestellte Funktionsweise ist somit bevorzugt, da aufgrund der hohen Strahlungsdichte und der zu übertragenden Dateninformation an den Lichtmodulator 4 ein Optimum bezüglich der Belichtungszeiten erreichbar ist.
Für die Lichtquelle 2 eignet sich insbesondere die Verwendung von Laserdioden bzw. eines Moduls bestehend aus mehreren einzelnen Laserdioden.
Der in den Figuren 6, 7 und 8 dargestellte aktive Bereich 32 kann außerdem mit Hilfe der Einrichtung zum Inaktivieren von Zeilen auf der Gesamtfläche des Lichtmodulators 4 verschoben werden. Beispielsweise ist es möglich, die nicht aktivierten Zeilen 31 sowohl ober- als auch unterhalb des aktiven Bereichs 32 anzuordnen.
Durch die Möglichkeit des Verschiebens des aktiven Bereichs 32 kann eine gleichmäßige Alterung der einzelnen Zellen 8 des Lichtmodulators 4 erreicht werden. Beispielsweise können zweckmäßigerweise die inaktiven Zeilen 31 auf solche Zeilen gesetzt werden, in denen sich Lichtmodulatorzellen 28 befinden, welche bestrahlungsinduziert ausgefallene Bildpunkte enthalten. Die Lebensdauer der Belichtungsvorrichtung lässt sich auf diese Weise gegenüber den herkömmlichen Belichtungsvorrichtungen verlängern.
Hierdurch ist eine Vorrichtung zum Belichten von lichtempfindlichem Material, insbesondere Offset-Druckplatten, Sieben für Siebdruck, Flexo- Druckplatten, Proof-Materialien, Stahlplatten zur Stanzmusterherstellung sowie Fotopapier angegeben, bei welcher durch eine geschickte Reduzierung der zu übertragenden Datenmenge an den Lichtmodulator bei gegebener Datenübertragungsrate an den Lichtmodulator 4 eine wesentlich höhere Belichtungsgeschwindigkeit erreicht wird. Durch die Verwendung einer Fokussieroptik in Verbindung mit einer Lichtquelle mit sehr viel kleinerer Etendue als der έtendue des Gesamtsystems kann außerdem erreicht werden, dass die volle Lichtemission der Lichtquelle unverändert für den Belichtungsvorgang des lichtempfindlichen Materials zur Verfügung steht.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Belichtungsvorrichtung
2 Lichtquelle
3 Lichteinkoppelungseinheit 4 Lichtmodulator
5 Abbildungsoptik
6 zu belichtendes Material
7 Laserdioden
8 Einzelglasfaser 9 Faserbündel
10 moduliertes Licht
11 Modul
12 Außengehäuse
13 FC-Stecker 14 Kühlplatte
15 Kühlrohr
16 Anschlußstutzen
17 Steuereinheit
18 Dsub Stecker 19 Kühlkörper
20 Gesamtstrahlung
21 Integratorstab
23 Beleuchtungsoptik
25 lichtempfindliches Material 26 Positionsgeber
27 Treiberschaltung
28 Lichtmodulatorzelle
28a Lichtmodulatorzelle (eingeschaltet)
28b Lichtmodulatorzelle (ausgeschaltet) 29 Abbildungsoptik
30 Einrichtung zum Inaktivieren von Zeilen
31 inaktive Zeilen
32 aktiver Bereich 33 Feldlinse
34 Spiegel
35 Objektiv
36 Integratorlinse
37 Lichtwellenreiter 38 Belichtungskopf
39 Kühlwasserzulauf
40 Kühlwasserablauf
41 Maschinenbett
42 Achsen

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Belichtungsvorrichtung (1) mit einer Lichtquelle (2), einem Lichtmodulator (4) sowie einer Lichteinkoppelungseinheit (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (2) eine Laserdiode (7) umfaßt.
2. Belichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 , d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Laserdiode (7) Licht im Bereich von ungefähr 350nm bis ungefähr 450nm emittiert.
3. Belichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) ein Modul (11) aus mehreren, vorzugsweise zwanzig, Laserdioden (7) umfaßt.
4. Belichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlungsfluß jeder Laserdiode (7) in der Lichteinkoppelungseinheit (3) optisch überlagert wird.
5. Belichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteinkoppelungseinheit (3) Einzelglasfasern (8) umfaßt und/oder daß jeder Laserdiode (7) jeweils eine separate Einzelglasfaser (8) zugeordnet ist und/oder daß die Einzelglasfaser (8) einen Durchmesser von ungefähr 125 μm aufweist und/oder daß die
Einzelglasfasern (8) in der Lichteinkoppelungseinheit (3) zu einem Faserbündel (9) zusammengeführt sind.
6. Belichtungsvorrichtung (1) nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Faserbündels (9) etwa 650um beträgt.
7. Belichtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) mehrere Module (11) umfaßt.
8. Belichtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Lichteinkoppelungseinheit (3) einen lichtintegrierenden Glasstab (21) umfaßt und vorzugsweise einen eckigen, insbesondere rechteckigen, Querschnitt aufweist.
9. Belichtungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlungsfluß der
Lichtquelle (2), vorzugsweise jeder Laserdiode (7) variierbar ausgestaltet ist und/oder die Lichtquelle (2) mit Mitteln zum separaten Zu- oder Abschalten einzelner Laserdioden (7) versehen ist.
10. Belichtungsvorrichtung (1) mit einer Lichtquelle (2), einem eine Vielzahl von Zeilen aus lichtmodulierenden Zellen (28) aufweisenden
Lichtmodulator (4), einer Einrichtung (27) zum Abbilden von Datenmustern auf dem Lichtmodulator (4), einer Einrichtung (29) zum Abbilden des Lichtmodulators (4) auf lichtempfindliches Material (25), einer Einrichtung (26) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Lichtmodulator (4) und dem lichtempfindlichen
Material (25), wobei die Relativbewegung im wesentlichen senkrecht zu den Zeilen aus lichtmodulierenden Zellen (28) verläuft, sowie mit einer Einrichtung (27) zum Scrollen eines auf einer gegebenen Zeile des Lichtmodulators (4) angezeigten Datenmusters durch die verschiedenen Zeilen des Lichtmodulators (4), wobei das Scrollen derart mit der Relativbewegung synchronisiert erfolgt, daß eine Abbildung eines auf dem Lichtmodulator (4) angezeigten Datenmusters auf dem lichtempfindlichen Material (25) bezüglich des lichtempfindlichen Materials (25) im wesentlichen stationär ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u rc h gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (30) zum Inaktivieren einer vorgebbaren Anzahl von Zeilen des Lichtmodulators (4) vorgesehen ist und der Lichtmodulator (4) durch Beschickung von im wesentlichen nur der aktiven Zeilen (32) mit den Datenmustern betreibbar ist.
11. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30) zur Inaktivierung eines vorgebbaren zusammenhängenden Bereiches von Zeilen ausgebildet ist.
12. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich verschiebbar ausgebildet ist.
13. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (33) zur Fokussierung der Lichtquelle (2) im wesentlichen auf die aktiven Zeilen des Lichtmodulators (4) vorgesehen sind.
14. Vorrichtung (1) nach Anspruch13, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (23) zur Fokussierung bezüglich eines Fokalbereiches variabel ausgebildet sind.
15. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) ein kleineres Etendue aufweist als eine aus dem Lichtmodulator (4) und der Einrichtung (29) zum Abbilden des Lichtmodulators (4) auf lichtempfindliches Material (25) gebildete Einheit.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Laserdiode stationär außerhalb des Belichtungskopfes angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) eine Wasserkühlung aufweist.
18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Faserbündel (9) und Lichtmodulator (4) mindestens ein Lichtwellenleiter (37) und ein
Integratorstab oder Hohlleiter bzw. Lichttunnel (21) angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser als ein Faserlaser oder Scheibenlaser ausgebildet ist.
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