FI83567B

FI83567B - Process for exposing light-sensitive material by means of laser beams

Info

Publication number: FI83567B
Application number: FI893238A
Authority: FI
Inventors: Eero Byckling
Original assignee: Eero Byckling
Priority date: 1989-07-03
Filing date: 1989-07-03
Publication date: 1991-04-15
Also published as: FI893238A0; FI83567C; FI893238A

Description

8356783567

Menetelmä valoherkän materiaalin valottamiseksi lasersäteillä Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen menetelmä valoherkän materiaalin valottamiseksi. Tämänkaltaisia menetelmiä tarvitaan kun valmistetaan korkealaatuisia värikuvia ja tekstiä ja grafiikkaa painatusta varten. Uuden menetelmän avulla voidaan filmille tai valoladontapaperille kirjoittaa suurella nopeudella tarvittava suuri lukumäärä pieniä tarkasti sijoitettuja kuvaelementtejä, joista saadaan muodostettua sivulla oleva teksti, kuvien rasteripisteet ja grafiikan kuviot Lasersädettä pyyhkäistään esitetyn menetelmän avulla yli kuvapinnan ja samalla sitä moduloidaan, jolloin filmi valottuu halutulla tavalla.The present invention relates to a method for illuminating a photosensitive material according to the preamble of claim 1. Such methods are needed when producing high quality color images and text and graphics for printing. The new method allows a large number of small, precisely positioned pixels to be written on film or photocomposition paper at high speed to form page text, image dots, and graphic patterns. The method uses the method to sweep the laser beam over the image surface and modulate it as desired.

Ennestään on tunnettu useita erilaisia lasersäteen käyttöön perustuvia valoladonta-laitteita ja niihin liittyviä menetelmiä. Yhteenveto tärkeimmistä laserpyyhkäisymenetel-mistä on esitetty artikkelissa Leo Beiser "Laser scanning and recording: developments and trends", Laser Focus/Electro-Optics (February 1985).Several different laser scattering devices based on the use of a laser beam and related methods are already known. A summary of the main laser scanning methods is given in Leo Beiser, "Laser scanning and recording: developments and trends", Laser Focus / Electro-Optics (February 1985).

Valoladontalaitteissa ja värierottelufilmien valotuslaitteissa keskeinen tehtävä on aikaansaada pyyhkäisy yli kuvapinnan, joka on kaksiulotteinen suorakaiteen muotoinen alue. Koska sivulle tuleva informaatio on nykyään digitaalista, tehtävänä on muodostaa fimille lasersäteen avulla kuvapisteitä, jotka modulaattorin määräämällä tavalla ovat joko valotettuja tai valottamattomia (mustia tai valkoisia). Esimerkkinä mainittakoon, että sivufilmi voi olla kooltaan 520 mm kertaa 640 mm ja kuvapisteitten koko 10 mikrometriä, joka merkitsee että kuvapisteitä on 52,000 kertaa 64,000 eli yhteensä yli 3 miljardia kappaletta. Kuvapiteiden tulee olla paikallaan lähipisteiden suhteen noin 1-2 mikrometrin tarkkuudella. Koko alueen valotuksen tulisi tapahtua 2-5 minuutissa.In photodetectors and exposure devices for color separation films, a key function is to provide a scan over the image surface, which is a two-dimensional rectangular area. Since the information coming to the page is now digital, the task is to use a laser beam to form pixels for the film, which are either exposed or unexposed (black or white) as determined by the modulator. As an example, the side film can be 520 mm by 640 mm in size and the pixel size is 10 micrometers, which means that there are 52,000 times 64,000 pixels, or a total of more than 3 billion. The pixels should be in place with respect to the close points to an accuracy of about 1-2 micrometers. The entire area should be exposed in 2-5 minutes.

Kaksiulotteisen alueen valottamiseksi tarvitaan kaksi eri pyyhkäisyä, nopea pyy-käisy jaksollisesta yhteen suuntaan ja hitaampi pyyhkäisy kohtisuoraan suuntaan niin että nopean pyyhkäisyn tuottamat viivat asettuvat yhdensuuntaisina vierekkäin kuvapinnalle peittäen valotuksen kuluessa koko kuvapinnan. Suuren resoluution laserkirjoittimissa on käytetty kahta periaatteessa erilaista menetelmää. Joko lasersädettä pyyhkäistään yli kuvapinnan tai kuvapintaa liikutetaan mekaanisesti lasersäteen suhteen. Hidas pyyhkäisy tehdään poikkeuksetta mekaanisella liikkeellä, joko siirtämällä filmiä tai siirtämällä optiikkaa (Ja siten lasersädettä). Nopea pyyhkäisy on joissakin kaupallisesti saatavilla 2 83567 olevissa laitteissa toteutettu säteen pyyhkäisyllä ja joissakin mekaanisella liikkeellä. Tärkeää on nyt huomata, että kaikki aikaisemmat suuren resoluution laserkiijoittimet vaativat kummallekin pyyhkäisylle erittäin tarkkoja ja kalliita komponentteja. Nopeassa pyyhkäisyssä yhdelle pyyhkäisyjuovalle kirjoitettavat noin 30,000-100,000 identtistä kuvaelementtiä täytyy asettaa paikoilleen edellämainitulla 1-2 mikrometrin tarkkuudella. Peräkkäisten pyyhkäisyjuovien tulee olla toistensa suhteen kohdallaan myös samalla tarkkuudella.To illuminate a two-dimensional area, two different scans are required, a fast scan from periodic in one direction and a slower scan in a perpendicular direction so that the lines produced by the fast scan settle parallel to each other on the image surface, covering the entire image surface during exposure. Two fundamentally different methods have been used in high-resolution laser printers. Either the laser beam is swept over the image surface or the image surface is mechanically moved relative to the laser beam. Slow scanning is invariably done by mechanical motion, either by moving the film or by moving the optics (And thus the laser beam). Fast sweeping is implemented in some commercially available 2,83567 devices with beam sweeping and some with mechanical movement. It is important to note now that all previous high-resolution laser projectors require very precise and expensive components for both scans. In a fast scan, approximately 30,000-100,000 identical pixels to be written on a single scan line must be positioned with an accuracy of 1-2 micrometers as mentioned above. Consecutive sweep lines should be aligned with each other with the same accuracy.

Niissä laitteissa, joissa lasersädettä pyyhkäistään kääntyvän galvanometripeilin tai pyörivän peileistä muodostuvan monitahokkaan avulla, lasersäde fokusoidaan kuvapinnalle linssien avulla, jotka ovat joko peilin edessä tai takana. Peilin muodon ja liikkeen tulee olla tarkka ja linssijäijestelmä on yleensä usesta komponentista koostuva. Suuri resoluutio vaatii tällöin sangen tarkkoja ja kalliita komponentteja. Ongelmana näissä konstruktioissa on myös se, että fokusoidun lasersäteen muodostama kuvapiste kuvapinnalla pyrkii olemaan leveämpi kuvapinnan reunoilla kuin keskellä.In devices where the laser beam is scanned by means of a rotating galvanometer mirror or a rotating multi-faceted mirror, the laser beam is focused on the image surface by means of lenses either in front of or behind the mirror. The shape and movement of the mirror must be precise and the lens system is usually multi-component. High resolution then requires quite precise and expensive components. Another problem with these constructions is that the pixel formed by the focused laser beam on the image surface tends to be wider at the edges of the image surface than in the center.

Olemassa olevissa kaupallisissa laserkiijoittimissa on ongelmia myös hitaan pyyh-käisyn tuottamisessa. Jos filmin nopeus vaihtelee, paljaalla silmällä usein nähdään virheet jotka ovat suuruusluokkaa 2 mikrometriä. Nämä nähdään joko epätasaisuutena raste-ripinnoissa tai ohuina juovina. Käytössä on kaksi filmin siirtomekanismityyppiä. Joissakin tasopintavalotuslaitteissa fimi tai valoladontapaperi kiinnitetään tasaiseen alustaan, jota alustaa liikutetaan tasaisella nopeudella tarkan ruuvin avulla. Tällöin seuraa lisäongelma. Tavallisesti vaaditaan, että valoladontakone toimii automaattisesti, niin että filmi otetaan automaattisesti kasetista ja se syötetään valotuksen jälkeen toiseen kasettiin. Tällaisen automattisen syötön jäljestäminen liikkuvan alustan tapauksessa on osoittautunut vaikeaksi ja kalliiksi. Joissakin valoladontakoneissa itse filmiä tai paperia siirretään mekaanisesti valotuksen aikana lasersäteen ohitse. Liikkeen tulee olla erittäin tarkka, joka mm. merkitsee että luistoa ei saa olla ja filmin vetojännityksen tulee olla vakio. Tämän tyyppisen tarkkuusmekaniikan hinta on korkea ja sen luotettavuus ja huolto ovat ongelmia.Existing commercial laser projectors also have problems producing slow scan. If the speed of the film varies, errors of the order of 2 micrometers are often seen with the naked eye. These are seen either as unevenness in the grid ribs or as thin streaks. There are two types of film transfer mechanisms. In some flatbed exposure devices, fimi or photoconductor paper is attached to a flat surface, which is moved at a constant speed by means of a precise screw. This will result in an additional problem. It is usually required that the photoconductor operate automatically so that the film is automatically taken from the cassette and fed to another cassette after exposure. Tracking such an automatic feed in the case of a moving platform has proven difficult and expensive. In some light stacking machines, the film or paper itself is mechanically moved past the laser beam during exposure. The movement must be very precise, which e.g. means that there should be no slip and the tensile stress of the film should be constant. The cost of this type of precision mechanics is high and its reliability and maintenance are problems.

Toinen valoladontakonetyyppi perustuu seuraavaan periaatteeseen. Filmi kiinnitetään sylinterin ulkopinnalle ja sylinteriä pyöritetään akselinsa ympäri. Sitten suunnataan yksi tai useampia lasersäteitä filmin pinnalle, joten ne valottavat sylinterin ympäri kulkevan viivan tai viivoja. Kun samalla siirretään valotusoptiikkaa sylinterin akselin suuntaan, tullaan valottaneeksi spiraalinmuotoisilla viivoilla koko sivu filmille. Tätä menetelmää käytetään kaikkein tarkimmissa värierottelujen valotuslaitteissa. Sylinteriä il 3 83567 pyöritetään ehkä useita tuhansia kierroksia minuutissa, joten sen tulee olla tarkasti työstetty ja tasapainoitettu. Silti riittävän nopeuden aikaansaaminen on ongelma näissä laitteissa. Filmin syötön automaation toteuttaminen on sangen hankalaa pyörivälle sylinterille. Nämä valotuslaitteet ovat erittäin kalliita.Another type of photoconductor is based on the following principle. The film is attached to the outer surface of the cylinder and the cylinder is rotated about its axis. One or more laser beams are then directed at the surface of the film so that they illuminate the line or lines running around the cylinder. At the same time, when the exposure optics are moved in the direction of the axis of the cylinder, the entire side of the film will be illuminated by helical lines. This method is used in the most accurate color separation exposure devices. The cylinder il 3 83567 is rotated perhaps several thousand revolutions per minute, so it must be precisely machined and balanced. Still, achieving sufficient speed is a problem with these devices. Implementing film feed automation is quite cumbersome for a rotating cylinder. These exposure devices are very expensive.

Nyt esitettävälle menetelmälle on tunnusomaista, että siinä vältetään suurta tarkkuutta vaativat liikkuvat mekaaniset osat. Keksintö lähtee siitä, että valotuksen aikana pidetään filmi tai valoladontapaperi liikkumattomana. Valotuksen aikana filmi on esimerkiksi imetty tyhjiöllä kiinni kiinteään alustaan. Silloin vältetään filmin liikutukseen liittyvät ongelmat, joita ei ole täysin tyydyttävästi ratkaistu missään tähänastisessa konstruktiossa. Uudessa menetelmässä etuna on myös, että filmin automaattinen syöttö kasetilta ja poisto valotuksen jälkeen toiseen kasettiin voidaan toteuttaa yksinkertaisilla matalan tarkkuuden liikutusmekanismeilla, koska nämä eivät vaikuta itse valotuksen tarkkuuteen.The present method is characterized in that it avoids high-precision moving mechanical parts. The invention is based on keeping the film or photocomposition paper stationary during exposure. During exposure, for example, the film is vacuum impregnated onto a solid substrate. This avoids the problems associated with moving the film, which have not been completely satisfactorily solved in any construction to date. The new method also has the advantage that the automatic feeding of film from the cassette and the removal after exposure to another cassette can be realized by simple low-precision movement mechanisms, as these do not affect the exposure precision itself.

Valotuslaitteen rakentamiseksi tulee saada aikaan kaksi pyyhkäisyä, nopea pyyh-käisy yhteen suuntaan ja hidas liike kohtisuoraan suuntaan. Jos valottava elektro-optinen osakomponentti on riittävän kevyt ja pieni, on yksinkertaista valmistaa lineaarinen liiku-tusmekanismi, joka mekaanisesti liikuttaa elektro-optista osaa tarkasti filmin suhteen, esimerkiksi tarkkuusruuvin avulla. Hidas pyyhkäisy on siis aikaansaatavissa olemassa olevien komponenttien avulla kohtuullisilla kustannuksilla.To construct the exposure device, two sweeps must be provided, a fast sweep in one direction and a slow sweep in the perpendicular direction. If the electro-optical sub-component to be illuminated is sufficiently light and small, it is simple to manufacture a linear movement mechanism which mechanically moves the electro-optical part precisely with respect to the film, for example by means of a precision screw. Slow sweeping is thus achievable with existing components at a reasonable cost.

Nyt esitettävässä menetelmässä nopea pyyhkäisy saadaan aikaan asettamalla filmi sylinterin muotoisen alustan sisäpinnalle ja kiijoittamalla sille sylinterin akselin ympäri pyörivän lasersäteen avulla. Samanaikaisesti elektro-optista osaa, johon sisältyvät myös | lasersäteen tuottavat laserit, siirretään sylinterin akselin suuntaan. Tällöin kullakin pyö rähdyksellä piirretyt valotusviivat asettuvat yhdensuuntaisesti rinnakkain, ja vähitellen filmin yli kulkiessaan peittävät koko kuvapinnan. Tämän kaltainen kaupallinen laserkirjoitin oli markkinoilla joitakin vuosia sitten LogEtronics nimellä. Tämä mote lopetettiin, koska siinä oli vaikeuksia käytetyn NdYAG-laserin kanssa. Siten itse tämä kirjoitustapa ei ole uusi, vaan uutuus on tavassa, jolla valotus suoritetaan, ja tätä selostetaan kohta.In the present method, rapid scanning is achieved by placing a film on the inner surface of a cylindrical substrate and projecting onto it by means of a laser beam rotating about the axis of the cylinder. At the same time an electro-optical part, which also includes | lasers producing a laser beam are moved in the direction of the axis of the cylinder. In this case, with each flash, the drawn exposure lines are parallel to each other, and gradually cover the entire image surface as they pass over the film. A commercial laser printer like this was on the market a few years ago under the name LogEtronics. This Mote was discontinued because it had difficulty with the NdYAG laser used. Thus, this spelling itself is not new, but the novelty is in the way the exposure is performed, and this will be explained shortly.

Kuten alussa mainittiin, skannausviivoja täytyy piirtää noin 60,000 kappaletta noin kahdessa minuutissa. Yhdellä säteellä piirtäen elektro-optista osaa pitäisi siis pyörittää nopeudella 30,000 kierrosta minuutissa. Tämä ei ole nykytekniikan mekaanisilla osilla - - mahdollista, mekaaninen lujuus ei riitä. Tulee siis piirtää usealla säteellä kerrallaan. Sopiva määrä on esimerkiksi 8 sädettä, silloin riittää pyörimisnopeus 4,000 kierrosta minuutissa. Tähän asti ei ole ollut mahdollista kirjoittaa kuin yhdellä säteellä kerrallaan, « 4 83567 sillä on helppo osoittaa, lasersäteet tulee viedä pyörivään elektro-optiseen osaan sen akselia pitkin akselin suuntaisina ja säteen tulee olla sylinterisymmetrinen.As mentioned at the beginning, about 60,000 scan lines need to be drawn in about two minutes. Thus, when drawing with a single radius, the electro-optical part should be rotated at a speed of 30,000 rpm. This is not possible with the mechanical parts of the state of the art ..., the mechanical strength is not enough. So you have to draw with several radii at a time. A suitable number is, for example, 8 beams, in which case a rotational speed of 4,000 rpm is sufficient. Until now, it has not been possible to write with only one beam at a time, «4 83567 it is easy to point out, the laser beams must be introduced into the rotating electro-optical part along its axis parallel to the axis and the beam must be cylindrically symmetrical.

Nyt esitettävälle keksinnölle tunnusomaista on, että laservalolähteenä käytetään useita lasereita ja lasersäteiden modulointiin tarvittavat sähköiset signaalit kuljetetaan pyörivään elektro-optiseen osaan siten, että ei-pyörivät, valoa emittoivat komponentit lähettävät valoa pyörivään osaan kiinnitettyihin valodetektoreihin. Nykyisen puolijohdetekniikan avulla voidaan valmistaa niin pieniä, kevyitä ja tukevia lasereita, että ne voidaan vaikeuksitta rakentaa nopeasti pyörivän elektro-optisen osan sisälle. Kun laser on kiinni pyörivässä osassa ja sädettä ei tarvitse liikuttaa laserin suhteen, ei tarvita kalliita ja tarkkoja pyyhkäisymekanismeja ja linssijärjestelmiä. Yksinkertainen säteen fokusointilinssi suunnilleen linssin akselin suuntaan etenevälle säteelle riittää. Pyörivään osaan voidaan helposti myös asettaa useita puolijohdelasereita ja kirjoittaa useita pyyh-käisyjuovia kerrallaan.The present invention is characterized in that a plurality of lasers are used as the laser light source and the electrical signals required to modulate the laser beams are transmitted to the rotating electro-optical component such that non-rotating, light emitting components emit light to light detectors attached to the rotating part. Current semiconductor technology can be used to fabricate lasers so small, light, and robust that they can be easily built inside a rapidly rotating electro-optical component. When the laser is attached to the rotating part and the beam does not need to be moved relative to the laser, expensive and precise scanning mechanisms and lens systems are not required. A simple beam focusing lens is sufficient for a beam propagating approximately in the direction of the lens axis. It is also easy to place several semiconductor lasers on the rotating part and write several scan lines at a time.

Keksintöön sisältyy toinen oleellinen uutuus. Se koskee modulointiin liittyvän informaation siirtoa pyörivään elektro-optiseen osaan. Sähköisiä johtimia ei luonnollisesti voida viedä laitteiston rungosta nopeasti pyörivään osaan. Keksinnölle on tunnusomaista, että siinä esitetään menetelmä, jolla yksi tai useampia sähköisiä signaaleja voidaan siirtää pyörivään elektro-optiseen osaan. Siten modulaatiosignaalit voidaan kuljettaa puolijohdelasereihin ja moduloida kiijoitussäteitä. Oleellista tässä on, että modu-laatiosignaalien taajuudet ovat suuria, suuruusluokkaa 10 MHz. Menetelmä antaa luotettavan tavan siirtää näinkin suuren taajuuden signaalit pyörivään osaan.The invention includes another essential novelty. It concerns the transmission of information related to modulation to a rotating electro-optical part. Of course, electrical conductors cannot be routed from the body of the equipment to the rapidly rotating part. The invention is characterized in that it discloses a method by which one or more electrical signals can be transmitted to a rotating electro-optical part. Thus, the modulation signals can be carried on semiconductor lasers and modulated by the beam beams. Essential here is that the frequencies of the modulation signals are large, of the order of 10 MHz. The method provides a reliable way to transfer such high frequency signals to the rotating part.

Menetelmässä pyörivään osaan kiinnitetään joukko valodetektoreita, jotka on asetettu välimatkan päähän toisistaan siten, että kunkin detektorin valoherkkä pinta on suunnilleen kohtisuorassa pyörähdysakselia vastaan ja detektorien pintojen keskipiste on suunnilleen akselilla. Lisäksi laitteiston runkoon liikkumattomiksi on kiinnitetty joukko valonlähteitä, esimerkiksi LEDejä, joita voidaan moduloida, ja joiden kunkin valo osuu jollekin edellämainitulle detektorille. Kun pyörivä osa pyörii, valolähteiden ja valodetek-toreiden suhteellinen asema ei muutu ja siten voidaan pyörimisliikkeestä riippumatta kuljettaa modulaatiosignaali laitteiston kiinteästä rungosta pyörivään elektro-optiseen osaan.In the method, a plurality of light detectors are mounted at a distance from each other so that the light-sensitive surface of each detector is approximately perpendicular to the axis of rotation and the center of the detector surfaces is approximately on the axis. In addition, a number of light sources, for example LEDs, can be immobilized on the body of the apparatus, which can be modulated and each of which light hits one of the aforementioned detectors. As the rotating part rotates, the relative position of the light sources and light detectors does not change, and thus a modulation signal can be transmitted from the fixed body of the apparatus to the rotating electro-optical part regardless of the rotational movement.

Lasersäteen fokusoidut kuvapisteet halutaan asettaa kuvapinnalle tarkasti oikean välimatkan päähän toisistaan. Keksinnössä esitetään tapa jolla se saadaan suoraviivaisesti aikaan. Puolijohdelaserit valmistetaan usein siten, että niissä on kiinteästi kiinni ohut valokuitu, jonka päästä valo tulee. On olemassa menetelmiä valmistaa alustaan uria mittatarkasti. Lasereiden valokuidut asetetaan näihin uriin, jolloin niiden välimatkat määräytyvät tarkasti. Ongelmaksi voisi nyt muodostua, että valokuitujen paksuudet ovat tyy- * pillisesti 100 mikrometriä, kun lasersäteiden välimatkojen kuvapinnalla pitäisi olla noin li 5 83567 10 mikrometriä. Tämän korjaamiseen ei voida käyttää optiikan kuvaussuhdetta, koska silloin numeerisen apertuurin pienuudesta johtuen valohäviöt olisivat suuret. Keksinnössä esitetään menetelmä, jossa valokuidut asetetaan pyyhkäisysuuntaan nähden vinoon tiettyyn kulmaan ja modulaatio tulee peräkkäisille pyyhkäisyjuoville viivästettynä, siten että samalla kertaa kirjoitettavien kuvaelementtien välimatka voi olla miten suuri tahansa.It is desired to place the focused pixels of the laser beam on the image surface at exactly the right distance from each other. The invention shows the way in which it is obtained in a straightforward manner. Semiconductor lasers are often fabricated with a thin optical fiber from which light arrives. There are methods to make grooves in the substrate with dimensional accuracy. The optical fibers of the lasers are placed in these grooves, so that their distances are precisely determined. The problem could now be that the thicknesses of the optical fibers are typically 100 micrometers, when the image surface of the distances between the laser beams should be about 1 83567 10 micrometers. The imaging ratio of the optics cannot be used to correct this, because then due to the small numerical aperture, the light losses would be large. The invention provides a method in which the optical fibers are placed at an angle at an angle to the scanning direction and the modulation is applied to successive scanning lines with a delay, so that the distance between the pixels to be written at the same time can be as large as possible.

Laitteistoon tarvitaan vielä menetelmä, jolla viedään puolijohdelasereiden ja niiden vahvistimien vaatima sähköteho laitteiston rungosta pyörivään osaan. Tarvittava tasavir-tateho on vain joitakin watteja. Tähän on olemassa tunnettuja menetelmiä sähkötekniikassa. Lopulta täydelliseen värierottelufilmien valotuslaitteeseen tarvitaan elektroniikkaa, mm. lasereiden ohjauselektroniikkaa ja elektroniikkaa tahdistamaan modulaatiosig-naalit pyörivän osan pyörimisnopeuteen. Ratkaisut näihin ovat tunnettuja nykyisen tekniikan puitteissa.There is still a need in the apparatus for applying the electrical power required by semiconductor lasers and their amplifiers to the rotating part of the apparatus body. The required DC power is only a few watts. There are known methods for this in electrical engineering. Finally, a complete color separation film exposure device requires electronics, e.g. laser control electronics and electronics to synchronize the modulation signals to the rotational speed of the rotating part. Solutions for these are known in the art.

Patenttivaatimusten tunnusmerkkiosan mukainen keksintö tarjoaa menetelmän, jossa nykyisen tekniikan tarjoamilla komponenteilla saadaan aikaan edulinen, tarkka ja luotettava suuren resoluution laservalotuslaite.The invention according to the characterizing part of the claims provides a method in which the components provided by the prior art provide an advantageous, accurate and reliable high-resolution laser exposure device.

Seuraavassa keksintöä kuvataan ykistyiskohtaisesti seuraaviin piirustuksiin viittaamalla:The invention will now be described in detail with reference to the following drawings:

Kuva 1. Laservalotuslaitteen sylinteri ja filmin kiinnitys sisäpinnalle Kuva 2. Poikkileikkaus valotuslaitteesta jossa on pyörivä elektro-optinen osa Kuva 3. Menetelmän periaate sylinterin akselin tasossa kuvattuna Kuva 4. Pyyhkäisyjuovia ja kuvaelementtejä Kuva 5. Modulaation siirto pyörivään osaan ..! Kuva 6. Kuvaelementtien valotus kun valokuidut ovat paksujaFigure 1. Laser exposure device cylinder and film attachment to the inner surface Figure 2. Cross-section of an exposure device with a rotating electro-optical part Figure 3. Principle of the method in the plane of the cylinder axis Figure 4. Sweep lines and pixels Figure 5. Transfer of modulation to a rotating part ..! Figure 6. Exposure of pixels when optical fibers are thick

Kuva 7. Elektroniikka ja optiikka yhden valotussäteen osaltaFigure 7. Electronics and optics for a single exposure beam

Kuvassa 1 on esitetty menetelmän pohjana oleva laitteiston rakenne. Valotettava filmi tai valoladontapaperi, kuvassa merkitty numerolla 2, kiinnitetään sylinterin 1 sisäpuolelle. Sylinterissä on aukko 3, jonka lävitse filmi syötetään kasetista vetäen ja jonka läpi valotuksen jälkeen valotettu filmi vedetään ulos ja viedään toiseen kasettiin tai kehi-tyskoneeseen. Sylinterin sisäpinnan tulee olla noin 0.1 mm tarkkuudella matemaattisen sylinterin muotoinen ja sen tulee olla keskitetty samalla tarkkuudella pyörivän elektro-optisen osan akselin suhteen. Nämä luvut aiheutuvat siitä, että esimerkkitapauksessa lasersäteen syvyystarkkuusalue kuvapinnalla on noin 0.2 mm.Figure 1 shows the structure of the equipment on which the method is based. The film or photoresist paper to be exposed, marked with the number 2 in the figure, is attached to the inside of the cylinder 1. The cylinder has an opening 3 through which the film is fed by pulling from the cassette and through which, after exposure, the exposed film is pulled out and introduced into another cassette or developing machine. The inside surface of the cylinder must be in the shape of a mathematical cylinder with an accuracy of about 0.1 mm and must be centered with respect to the axis of the rotating electro-optical part with the same accuracy. These figures are due to the fact that, in the example case, the depth accuracy range of the laser beam on the image surface is about 0.2 mm.

6 835676 83567

Kuvassa 2 on poikkileikkaus valotuslaitteesta. Sylinterin 1 sisällä on filmi 2. Puolijohdelaser 8 lähettää valoa linssille 4, joka fokusoi valon 5 pieneksi pisteeksi 7 tiimille. Koko elektro-optinen osa 6, mukaanlukien laser ja linssi, pyörivät akselin ympäri.Figure 2 is a cross-section of the exposure device. Inside the cylinder 1 there is a film 2. The semiconductor laser 8 sends light to the lens 4, which focuses the light 5 into a small dot 7 on the team. The entire electro-optical part 6, including the laser and the lens, rotates about an axis.

Kuva 3 esittää esimerkkilaitteen pitkittäisleikkausta. Tässä on tuotu esille, että yleensä laite rakennetaan niin, että lasereita on useita. Lukumäärä voi olla esimerkiksi kahdeksan, mutta kuvaan on piirretty selvyyden vuoksi kolme. Puolijohdelaserin 8 valo menee optiseen kuituun 38, jonka päästä se etenee linssiin 4, joka fokusoi valon 5 kuvapinnalle 2 pisteeksi 7. Muut kuitujen 38’ ja 38" päät fokusoituvat vastaavasti pisteiksi 7’ ja 7", ja nämä ovat tarkasti määrätyn matkan päässä toisistaan. Elektro-op-tista osaa 6 pyörittää moottori 10 akselin ympäri noin nopeudella 3,000 kierrosta minuutissa. Moottori on kiinnitetty kelkkaan 11, joka puolestaan liikkuu akselin suuntaan kiskoa 12 pitkin.Figure 3 shows a longitudinal section of an example device. It has been pointed out here that the device is usually constructed in such a way that there are several lasers. For example, the number may be eight, but three have been drawn in the image for clarity. The light of the semiconductor laser 8 enters the optical fiber 38, from the end of which it propagates to a lens 4 which focuses the light 5 on the image surface 2 to a point 7. The other ends of the fibers 38 'and 38 "focus to points 7' and 7", respectively. The electro-optical part 6 is rotated about the axis of the motor 10 at a speed of about 3,000 rpm. The motor is mounted on a carriage 11, which in turn moves in the axial direction along the rail 12.

On helppo huomata, että lasersäde osuu pyörähdyksen aikana kiskoon 12, joka siten estää tiimin valottumisen siltä kohdalta. Kisko 12 asetetaan sylinterin aukon 3 kohdalle, jolloin sillä kohdalla ei ole tiimiä eikä tarvita valotusta.It is easy to see that the laser beam strikes the rail 12 during the rotation, thus preventing the team from being exposed at that point. The rail 12 is placed at the opening 3 of the cylinder, in which case there is no team and no exposure is required.

Kuvassa 4 on numerolla 13 merkitty yhtä pyyhkäisyjuovaa, jonka lasersäde pyyhkäisee. Juova jakaantuu kuvaelementteihin 14, ja jokainen kuvaelementti on joko valotettu tai valottamaton. Kuvalementeistä muodostuu tiimille teksti, kuvien rasteripisteet ja grafiikka. Jos laitteessa on useita lasereita, yhdellä elektro-optisen osan pyörähdyksellä valottuu monta juovaa yhtä aikaa.In Figure 4, the number 13 marks one scanning line which is scanned by a laser beam. The line is divided into pixels 14, and each pixel is either exposed or unexposed. The image elements form text, raster dots and graphics for the team. If the device has several lasers, one line of the electro-optical part illuminates many lines at the same time.

Kuva 5 esittää miten modulaatio viedään pyörivään osaan. Laitteen ei-pyörivässä osassa, käytännössä kelkassa 11 Kuvassa 3, on alusta, jossa on kiinni valoa emittoiva diodi (LED) 16. LED lähettää valoa linssin 17 kautta pyörivässä osassa kiinni olevalle valodetektorille 15. Valodetektorin antama signaali viedään vahvistimen kautta pyörivässä osassa 6 olevaan laseriin. Valoa emittoivaa diodia 16 ohjaa vahvistin, johon syötetään modulaatiosignaali valotuslaitetta ohjaavasta tietokoneesta. Kun LED 16 emittoi valoa, myös Kuvassa 3 kuvattu laser 8 emittoi valoa ja kuvaelementti 14 valottuu, muuten ei. Modulaationsiirtojäijestelmä rungosta pyörivään osaan muodostuu siis komponenteista 16, 17, 18, 15. Järjestelmiä on niin monta kuin lasereita. Kuvaan 5 niitä on piirretty osittain neljä, mutta esimerkkilaitteessa niitä on kahdeksan.Figure 5 shows how the modulation is applied to the rotating part. The non-rotating part of the device, practically the carriage 11 in Figure 3, has a base with a light emitting diode (LED) 16 attached. The LED transmits light through a lens 17 to a light detector 15 mounted in the rotating part 15. The signal from the light detector is fed to the laser in the rotating part 6 . The light emitting diode 16 is controlled by an amplifier to which a modulation signal is input from a computer controlling the exposure device. When the LED 16 emits light, the laser 8 described in Fig. 3 also emits light and the pixel 14 is exposed, otherwise it is not. The modulation transfer system from the body to the rotating part thus consists of components 16, 17, 18, 15. There are as many systems as there are lasers. In Figure 5, four of them are partially drawn, but there are eight in the example device.

Valodetektorit 15 tarvitsevat kannattimen 19, jolla ne ovat kiinni pyörivässä elekt-ro-optisessa osassa 6. Joka pyörähdyksellä kannatin 19 menee valonsäteen 18 tielle ja tällöin modulaation ohjaus ei toimi virheettömästi. Kuitenkin totesimme jo edellä, että koska filmi 2 peittää vain osan sylinterin 1 sisäpinnasta, ja osan pyörähdystä lasersäde suuntautuu aukkoon 3, ei ole tarpeellistakaan että pyörähdyksen tämän osan aikana li y 83567 lasersäde on päällä tai että sitä moduloidaan. Kannattimen 19 asento tulee siis asettaa niin, että kun kannatin peittää valonsäteen 18, samanaikaisesti lasersäde 5 suuntautuu aukkoon 3.The light detectors 15 need a support 19 with which they are attached to the rotating electro-optical part 6. With each rotation the support 19 goes in the path of the light beam 18 and then the modulation control does not work flawlessly. However, we have already stated above that since the film 2 covers only a part of the inner surface of the cylinder 1, and part of the rotation the laser beam is directed to the opening 3, it is not necessary that during this part of the rotation the laser beam 83567 is on or modulated. The position of the support 19 must therefore be set so that when the support covers the light beam 18, at the same time the laser beam 5 is directed into the opening 3.

Kuvassa 6 on esitetty menetelmä, miten valotettavien kuvaelementtien välimatka saadaan suurella tarkkuudella oikeaksi. Edelleen esitetään, miten voidaan valottaa erittäin pienin välimatkoin, esimerkiksi 10 mikrometrin välein, olevia pyyhkäisyjuovia, vaikka puolijohdelaseriin kiinnitettyjen lasikuitujen paksuus olisi huomattavasti suurempi. Kuidut kiinnitetään alustaan 27, johon on esimerkiksi etsausmenetelmällä tehty mitoiltaan ja välimatkaltaan tarkkoja V-uria 26. Kun kuidut painetaan ja kiinnitetään V-uriin, niiden keskinäinen sijainti tulee tarkasti määrättyä. Alusta 27 sijoitetaan nyt siten, että se muodostaa pienen kulman 25 skannaussuunnan suhteen. Kuitujen 21-24 välimatkat ja kulma 25 lasketaan siten, että kun kuitujen päät 21-24 kuvautuvat linssillä 4 kuvapinnalle, kuvapisteiden 31-34 välimatka pyyhkäisyä vastaan kohtisuorassa suunnassa tulee olemaan tarkasti haluttu juovien välimatka, ja kuvapisteiden 31-34 välimatka pyyhkäisyn suunnassa tulee olemaan jokin kokonaisluku kertaa kuvaelementin koko. Lopulta tulee huolehtia, että peräkkäisiä pyyhkäisyjuovia vastaava modulaation ohjaus on siten viivästetty ja tahdistettu, että tiettyä kuvaelementtiä vastaava modulaatioinfor-maatio on juuri oikealla hetkellä ohjaamassa kuvaelementin kiijoittamista. Näin saadaan valotettavien kuvaelementtien keskinäiset välimatkat riippumaan vain alustan 27 urien 26 valmistustarkkuudesta ja kulmasta 25. Laitteen tarkkuus tulee siten olemaan suuri ja tarkkuus säilyy kaikissa olosuhteissa.Figure 6 shows a method for correcting the distance between the pixels to be exposed with high accuracy. It is further shown how scanning lines at very short distances, for example every 10 micrometers, can be illuminated even if the thickness of the glass fibers attached to the semiconductor laser is considerably greater. The fibers are attached to a substrate 27 in which, for example, by means of an etching method, V-grooves 26 of precise dimensions and spacing have been made. The base 27 is now positioned so as to form a small angle 25 with respect to the scanning direction. The distances and angle 25 of the fibers 21-24 are calculated so that when the ends 21-24 of the fibers are imaged on the image surface by a lens 4, the distance of pixels 31-34 in the direction perpendicular to the scan will be exactly the desired line spacing, and the distance of pixels 31-34 in the scan direction will be integer times the size of the pixel. Finally, care must be taken to ensure that the modulation control corresponding to successive scan lines is delayed and synchronized so that the modulation information corresponding to a particular pixel is at just the right moment to control the alignment of the pixel. In this way, the distances between the pixels to be exposed depend only on the manufacturing accuracy and the angle 25 of the grooves 26 of the substrate 27. The accuracy of the device will thus be high and the accuracy will be maintained in all conditions.

Kuvassa 7 on yhteenveto elektroniikasta ja optiikasta yhden kirjoitussäteen osalta. Valoa emittoivaa diodia 16 ohjaa vahvistin 36, jota puolestaa ohjaa tietokone, josta modulaatioinformaatio tulee. Linssi 17 fokusoi valon 18. Nämä elementit eivät pyöri ja ovat kiinni kelkassa 11. Pyörivässä elektro-optisessa systeemissä on akselilla valodetek-tori 15, joka ohjaa vahvistinta 37 ja tämä puolestaan ohjaa puolijohdelaseria 3. Laserin valo 5 fokusoidaan linssillä 4 kuvapinnalle 2. Vahvistimen 37 ja laserin 3 vaatima teho syötetään pyörivään osaan sähkötekniikassa tunnetulla tavalla. Pyörivään osaan tulevat sähköiset ja optiset komponentit ovat kaikki erittäin pieniä ja kevyitä ja ne ovat mekaanisesti sangen kestäviä.Figure 7 summarizes the electronics and optics for a single writing beam. The light emitting diode 16 is controlled by an amplifier 36, which in turn is controlled by the computer from which the modulation information comes. The lens 17 focuses the light 18. These elements do not rotate and are attached to the carriage 11. The rotating electro-optical system has a light detector 15 on the shaft which controls the amplifier 37 and this in turn controls the semiconductor laser 3. The laser light 5 is focused by the lens 4 on the image surface 2. Amplifier 37 and the power required by the laser 3 is applied to the rotating part in a manner known in electrical engineering. The electrical and optical components that come into the rotating part are all very small and light and are quite mechanically durable.

Edellä kuvattu laservalotuslaite voidaan rakentaa siten, että esimerkiksi seuraava suorituskyky saavutetaan.The laser exposure device described above can be constructed so that, for example, the following performance is achieved.

filmin koko pyyhkäisyn suunnassa 640 mm filmin koko pyyhkäisyä vastaan kohtisuoraan 520 mm 8 83567 valotusaika 2 minuuttia kuvaelementin koko 10 mikrometriä kuvaelementtien lukumäärä pyyhkäisyn suunnassa 64,000 kuvaelementtien lukumäärä kohtisuoraan suuntaan 52,000 filmin korkeus verrattuna sylinterin ympärysmittaan 75% säteiden lukumäärä 8 pyörimisnopeus 54 Hz (3240 rpm) keskimääräinen pikselitaajuus yhdelle säteelle 3.5 Mhz keskimääräinen pikselitaajuus kahdeksalle säteelle 28 Mhz hetkellinen pikselitaajuus yhdelle säteelle 4.6 Mhz yhdessä valotettujen kuvaelementtien paikkatarkkuus 1 mikrometri laserin aallonpituus 780 nm lasersäteen puoliarvohalkaisija 10 mikrometriä säteen syvyystarkkuusalue kuvapinnalla 0.1 mm Tässä hakemuksessa esitetty menetelmä ei ole rajoitettu vain esitettyyn esimerkki-laitteeseen. Menetelmä on määritelty patenttivaatimuksissa.film size in scan direction 640 mm film size against scan perpendicular 520 mm 8 83567 exposure time 2 minutes pixel size 10 micrometers number of pixels in scan direction 64,000 number of pixels perpendicular 52 Hz film height 5440 circumference rim circumference 75% pixel frequency for one beam 3.5 Mhz average pixel frequency for eight beams 28 Mhz instantaneous pixel frequency for one beam 4.6 Mhz position accuracy of co-exposed pixels 1 micrometer laser wavelength 780 nm laser beam half-diameter diameter 0.1 mm The method is defined in the claims.

IlIl

Claims

9 83567

A method for illuminating a photosensitive material (2) with laser beams (5) for printing, the method comprising - fitting the photosensitive material (2) to the inner surface of the cylinder (1), - rotating the laser beams (5) about the axis of the cylinder (1) and focusing the photosensitive material (2) - the laser beams (5) are modulated so as to form exposed and unexposed pixels (14) on the image surface (2), and - the laser light source (8) and the optics (4) necessary for focusing the laser beams (5), which are part of the rotating electro-optical part ( 6) inside, is made to rotate with it, characterized in that • several lasers (8) are used as the laser light source and - the electrical signals needed to modulate the laser beams (8) are transmitted to the rotating electro-optical part so that the non-rotating light emitting components emit light to the rotating to light detectors attached to the part (15).

Method according to Claim 1, characterized in that the laser beams (5) simultaneously hitting the image surface (2) are precisely aligned with one another by permanently placing the lasers (8) or light-transmitting components on the substrate and placing the substrate at a fixed angle with respect to the scanning direction. , that the distance of the light points generated on the image surface (2) in the direction perpendicular to the scan is the distance of the scan lines and the distance of the light points in the direction of the scan is an integer times the size of the pixel.

A method according to claim 1, characterized in that the photosensitive material (2) is held in place during the exposure and transferred before and after the exposure through an opening in the cylinder.

A method according to claim 1, characterized in that the amplifier controlling the lasers (8) is in a rotating part and the current required by it and the lasers (8) is supplied from the fixed body by methods known from electrical engineering. 10 83567