FR2753804A1 - Procede et appareil de generation d'un faisceau optique a utiliser dans un systeme d'imagerie - Google Patents

Abstract

Un système générateur (10) de faisceau optique à utiliser dans un système d'imagerie qui forme une image dans un substrat comprend un générateur (12) de faisceau, un filtre (16) de mode et un sélecteur d'état. Le faisceau optique peut être à un premier niveau de puissance qui expose l'image dans le substrat et à un deuxième niveau de puissance qui n'expose pas le substrat (101). Le générateur de faisceau optique engendre un faisceau optique cohérent presque monomode (22) en réponse à des signaux d'ordres reçus correspondant à un état "en service" et engendre un faisceau optique incohérent multimode en réponse à des signaux d'ordres reçus correspondant à un état "hors service". Le filtre (16) est couplé optiquement au générateur de faisceau et atténue à une amplitude inférieure au niveau d'exposition une composante optique du faisceau optique reçu qui n'est pas monomode. Le sélecteur d'état engendre les signaux d'ordres "en service" et "hors service" correspondant aux états "en service" et "hors service" d'une manière telle que le filtre sort le faisceau optique cohérent à une atténuation minimale pendant l'état "en service" et à une atténuation maximale pendant l'état "hors service".

Description

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DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne des systèmes générateurs de faisceaux optiques en général et, plus particulièrement, un système générateur de faisceau optique qui utilise une diode laser pour engendrer un

faisceau d'imagerie.

REFERENCE A DES DEMANDES APPARENTEES

Une certaine partie des informations contenues ici est décrite et revendiquée dans les demandes de brevet des Etats Unis possédées en commun suivantes: demande de brevet N de série 08/674 763 intitulée "Magnetically Preloaded Air Bearing Motion System For An Imaging Device", c'est-à-dire Dispositif de déplacement à coussin, d'air préchargé magnétiquement,

pour dispositif d'imagerie (mandataire Docket N 148-

1075); la demande de brevet N de série 08/674 439 intitulée "Apparatus And Method For Positioning A Lens To Expand An Optical Beam Of An Imaging System", c'est-à-dire Dispositif et procédé pour le positionnement d'une lentille afin d'étaler un faisceau optique d'un sytème d'imagerie, (mandataire Docket N 148-1095), et demande de brevet N de série 08/674 766, intitulée "A Method And Apparatus For Imaging At A Plurality Of Wavelengths", c'est-à-dire un procédé et un appareil d'imagerie à une série de

longuerus d'ondes, (mandataire Docket N 148-1097).

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIOUE DE L'INVENTION

On connaît dans l'art des systèmes d'imagerie tant à structure plane qu'à structure à tambour interne. Ces dispositifs sont utilisés dans les domaines des arts graphiques ainsi que dans la fabrication de cartes de circuits imprimés. Des systèmes d'imagerie plans, comme ceux qui sont décrits et revendiqués dans le brevet des Etats Unis N 4 851 656, sont des types de systèmes d'imagerie qui comportent une surface plane pour recevoir un substrat. Une tête d'exposition optique est située sur un appareil à portique mobile et est déplacée en réseau au-dessus du substrat pendant l'exposition. Des systèmes à tambours internes comportent en revanche une partie de surface de tambour cylindrique pour recevoir un substrat. Un générateur de faisceau optique émet un faisceau optique sur un miroir tournant, et le miroir réfléchit le faisceau sur le substrat. Au fur et à mesure que le miroir tourne, le faisceau réfléchi parcourt la surface du substrat à partir d'un bord initial de la surface jusqu'à un bord final de celle-ci, en exposant une séquence de pixels qui forment ensemble une ligne de balayage perpendiculaire à l'axe du tambour. Le miroir tournant est monté sur un chariot qui se déplace dans une direction perpendiculaire à la ligne de balayage. Quand le faisceau réfléchi a atteint l'extrémité finale, le chariot se déplace perpendiculairement à la ligne de balayage. Lorsque le faisceau réfléchi recommence au bord initial de la surface, le faisceau parcourt une nouvelle ligne de balayage. De cette manière, le faisceau réfléchi parcourt toute la superficie de la surface de

tambour.

On connaît comme dispositif générateur de faisceau optique une diode laser qui comprend une jonction semi-conductrice p-n qui engendre un rayonnement électromagnétique cohérent hautement directionnel, à longueur d'onde sensiblement unique, lorsque le courant d'excitation qui traverse la diode atteint un niveau de seuil d'effet laser. Une

description de diodes laser est exposée dans deux

documents: "Viable Laser Diodes", et "Semiconductor Laser Diodes", c'est-à-dire respectivement Diodes laser viables et Diodes laser à semi-conducteurs qui font tout deux partie du 1996 Photonics Design and Applications Handbook, c'est-à-dire Manuel de

conception et d'application de photonique, 1996.

Des diodes laser à niveaux de sortie de puissance très divers et à longueurs d'ondes de rayonnement optique très diverses sont actuellement commercialisées. La puissance de sortie du faisceau optique d'une diode laser dépend du courant électrique amené pour exciter la diode laser. Pour un courant d'excitation à faible valeur, la puissance de sortie est faible. La diode laser fonctionne alors comme diode électroluminescente, ou LED, dans un premier mode de fonctionnement. Dans ce mode LED, la diode émet un faisceau optique incohérent dans un large "cône" d'émission qui s'étend à partir du bord de la diode. Le faiceau de la LED comprend un rayonnement à longueurs d'ondes multiples et à modes optiques multiples. Au-delà d'une certaine valeur du courant d'excitation appelée le seuil d'effet laser, la diode laser foncionne dans un deuxième mode de fonctionnement appelé le mode laser. Dans le mode laser, la diode émet un faisceau laser d'une largeur de bande étroite unique et d'une qualité otique qui s'approche du mode longitudinal unique. Comme décrit plus loin ici, le faisceau laser possède plusieurs caractéristiques qui le rendent mal adapté à une

utilisation dans un système d'imagerie.

Pour utiliser la diode laser dans un système d'imagerie, le système doit présenter un faisceau laser modulé à puissance commandée pour former une image sur un substrat. Un procédé permettant d'y parvenir consiste à commuter la diode en service et hors service entre des états commandés. Une cadence à laquelle la diode laser peut commuter entre un état "en service" o la diode émet un faisceau laser et un état "hors service", o la diode n'émet aucun faisceau laser, détermine une cadence d'imagerie. Dans l'état "hors service", le courant d'excitation est typiquement nul, tandis que le courant d'excitation de l'état "en service" est typiquement un niveau de courant qui dépasse le seuil d'effet laser. Ainsi, une différence entre les puissances du faisceau lorsqu'il est dans l'état "en service" et lorsqu'il est dans l'état "hors service", est exactement égale à la puissance du faisceau laser lorsqu'il est dans l'état "en service". Un rapport entre la puissance du faisceau dans l'état "en service" et la puissance du faisceau dans l'état "hors service" définit un rapport de contraste. D'une manière connue dans l'art, on préfère un rapport de contraste élevé pour créer une image nette sur le substrat. Dans un système d'imagerie dans lequel la diode n'émet aucun faisceau dans l'état "hors service", le rapport de contraste est infini. Un fort rapport de contraste est hautement souhaitable parce qu'il permet une plage complète de commande d'exposition, afin de prendre en charge les exigences de supports différents, de fréquences d'exposition différentes, c'est-à-dire de fréquences de balayage différentes, et de résolutions

différentes.

Malheureusement, le temps nécessaire pour commuter d'un courant en service à un courant hors service limite la fréquence d'imagerie. Bien que rétrécir la différence entre le courant en service et le courant hors service augmente la fréquence d'imagerie, ceci augmente la puissance du faisceau lorsqu'il est dans l'état "hors service" et abaisse donc le rapport de contraste. Une autre option d'émission intermittente de faisceau laser pour former une image sur un substrat consiste à maintenir la diode dans le mode laser et à faire varier le faisceau laser, émis en continu, au moyen d'un modulateur qui est externe à la diode. Des types de modulateurs incluent des modulateurs acousto-optiques appelés

cellules de Bragg, ainsi que des modulateurs électro-

optiques appelés cellules de Pockels et cellules de Kerr. Cependant, ces modulateurs externes sont onéreux et doivent être alignés précisément avec le faisceau laser. Aligner des composants optiques et maintenir leur alignement est une tâche qui exige du temps et

peut provoquer des erreurs.

Pour qu'un générateur de faisceau soit utilisable dans un système d'imagerie, le générateur de faisceau doit émettre un faisceau laser collimaté à symétrie circulaire et à diffraction limitée dont le diamètre, la longueur d'onde et le niveau de puissance soient égaux à des valeurs souhaité. Un faisceau laser à symétrie circulaire et à diffraction limitée forme sur le substrat un point d'imagerie qui est bien défini, dont la profondeur de focalisation est maximale et qui

exige un diamètre minimal de faisceau.

Malheureusement, la configuration de divergence d'un faisceau laser produit par une diode laser est anamorphe et non symétrique de divergence, et le faisceau souffre de plus d'astigmatisme. Ces déficiences du faisceau laser sont des écarts par rapport à un comportement en mode unique vrai. Des systèmes classiques d'imagerie emploient des lentilles et des prismes à éléments multiples alignés et onéreux pour modifier un faisceau laser pour qu'il soit à

symétrie circulaire et à diffraction limitée.

Cependant, même ces remèdes onéreux n'améliorent pas les limites concernant le rapport de contraste et en

cadence d'imagerie.

De plus, dans des générateurs classiques de faisceaux optiques dans lesquels une diode laser engendre le faisceau optique, la diode est située à l'intérieur d'un boîtier monté sur le système d'imagerie. Si la diode laser est défaillante, le module qui abrite la diode doit être enlevé du système d'imagerie, et la diode est enlevée du boîtier et remplacée. Le boîtier est ensuite remonté sur le système d'imagerie et aligné de nouveau avec précision avec les autres composants du système d'imagerie, comme des lentilles et des miroirs. Il serait avantageux de réaliser un générateur de faisceau optique qui n'exige pas un nouvel alignement quand une

diode laser défaillante a été remplacée.

Il serait avantageux de réaliser un générateur de faisceau optique qui émette un faisceau optique collimaté dont le diamètre, la longueur d'onde et le niveau de puissance oient égaux à des valeurs souhaitées, et qui soit à symétrie circulaire et à

diffraction limitée.

Il serait avantageux en outre de réaliser un générateur de faisceau optique à haute cadence d'imagerie qui émette un effet optique à rapport de contraste élevé. C'est pour répondre à ces exigences

que la présente invention a été développée.

RESUME DE L'INVENTION

C'est un but de la présente invention que de réaliser un générateur de faisceau optique qui émette un faisceau optique collimaté dont le diamètre, la longueur d'onde et le niveau de puissance oient égaux à des valeurs souhaitées, et qui soit à symétrie

circulaire et à diffraction limitée.

C'est un autre but de la présente invention que de réaliser un générateur de faisceau optique à haute cadence d'imagerie, qui émette un faisceau optique à

rapport de contraste élevé.

C'est un autre but de la présente invention que de réaliser un générateur de faisceau optique qui n'exige pas un nouvel alignement quand une diode laser

défaillante a été remplacée.

Selon la présente invention, un système générateur de faisceau optique à utiliser dans un système d'imagerie qui forme une image dans un substrat, le faisceau optique pouvant être à un premier niveau de puissance, supérieur à un niveau d'exposition, qui expose l'image dans le substrat et à un deuxième niveau de puissance, inférieur au niveau d'exposition, qui n'expose pas le substrat, comprend un générateur de faisceau, un filtre de mode et un moyen de sélection, ou sélecteur, d'état. Le générateur de faisceau engendre un faisceau optique cohérent à comportement presque monomode en réponse à des signaux d'ordres reçus correspondant à un état "en service", et engendre un faisceau optique incohérent multimode en réponse à des signaux d'ordres reçus correspondant à un état "hors service". Le filtre est couplé optiquement au' générateur de faisceau et atténue le comportement multimode. Le sélecteur d'état engendre les signaux d'ordres "en service" et "hors service" correspondant aux états "en service" et "hors service" d'une manière telle que le filtre sort le faisceau optique cohérent à une atténuation minimale pendant l'état "en service" et à une atténuation

maximale pendant l'état "hors service".

Selon un autre de la présente invention, un procédé de génération d'un faisceau d'imagerie à utiliser un système d'imagerie qui forme une image dans un substrat, le faisceau optique pouvant être à un premier niveau de puissance, supérieur à un niveau d'exposition, qui expose l'image dans le substrat et à un deuxième niveau de puissance, inférieur au niveau d'exposition, qui n'expose pas le substrat, comprend les étapes consistant à: engendrer, en réponse à des signaux d'ordres reçus correspondant à un état "en service", un faisceau optique cohérent à comportement presque monomode; engendrer un faisceau optique incohérent multimode en réponse à des signaux d'ordres reçus correspondant à un état "hors service"; atténuer à une amplitude inférieure au niveau d'exposition une composante optique du faisceau optique reçu; et engendrer les signaux d'ordres "en service" et "hors service" correspondant aux états "en service" et "hors service" d'une manière telle que le faisceau optique cohérent est sorti à une atténuation minimale pendant l'état "en service" et à une atténuation maximale

pendant l'état "hors service".

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

la Fig. 1 est une illustration schématique simplifiée d'un appareil de génération d'un faisceau optique réalisé selon la présente invention; la Fig. 2 est un graphe qui représente la sortie de puissance de diode laser pour différentes valeurs de courant d'excitation; la Fig. 3 est une illustration schématique de points exposés et non exposés sur un substrat; la Fig. 4 est une illustration schématique d'un faisceau laser engendré par une diode laser; la Fig. 5 est une illustration de l'appareil de la Fig. 1 utilisé dans un système d'imagerie réalisé selon la présente invention; la Fig. 6 est une illustration schématique simplifiée d'une partie d'un tambour interne dans un système d'imagerie réalisé selon la présente invention; la Fig. 7 est une illustration simplifiée représentant un système de la Fig. 6 qui balaye transversalement un faisceau optique sur une surface de substrat; la Fig. 8 est une illustration schématique d'un système de commande de moteur du système d'imagerie de la Fig. 6; la Fig. 9 est une illustration simplifiée représentant un système de lentilles de zoom d'un système d'imagerie; et la Fig. 10 est une illustration plus détaillée du

système de lentilles de zoom de la Fig. 9.

DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION PREFERE

Comme représenté à la Fig. 1, un générateur 10 de faisceau optique inclut une diode laser 12 guidée par index, à émission de bord de 670 nanomètres de 10 milliWatts. Un générateur de faisceau optique réalisé selon la présente invention engendre un faisceau laser de haute qualité, à modulation directe, qui est apte à

être utilisé dans un système d'imagerie.

La Fig. 2 représente un graphe 30 o est tracée la sortie de puissance d'une diode laser pour différentes valeurs du courant d'excitation amené à la diode. La variation de la puissance de sortie du faisceau optique de la diode laser en fonction du courant d'excitation est non linéaire. Pour de faibles valeurs du courant d'excitation, la diode fonctionne dans un mode de diode électroluminescente désigné par la référence numérique 32. Dans le mode de LED la puissance de sortie est faible et augmente lentement au fur et à mesure que le courant d'excitation augmente. Au-delà du seuil 36 d'effet laser, l'augmentation de la puissance de sortie de la diode

en fonction du courant d'excitation est non linéaire.

Lorsque la diode 12 est dans le mode à effet laser, désigné par la référence numérique 34, la diode 12

émet un faisceau laser à longueur d'onde unique.

La cadence d'imagerie est définie par une cadence à laquelle le courant d'excitation entrant dans la diode varie entre un courant en service, tandis qu'elle est dans l'état "en service", et un courant hors service tandis qu'elle est dans l'état "hors service". Bien que l'on préfère une cadence d'imagerie élevée, par exemple supérieure à 50 mHz, des cadences d'imagerie élevées exigent davantage de puissance pour commuter rapidement le courant d'excitation amené à la diode laser. Classiquement, on fait varier le courant entre une valeur de courant supérieure au seuil d'effet laser et un courant nul. Le temps nécessaire pour faire passer une source de courant d'excitation d'un niveau de courant à l'autre est fonction de l'amplitude de la différence entre les deux niveaux de courant. Plus la différence est grande, plus le temps

nécessaire pour effectuer la modification est long.

Par conséquent, des cadences d'imagerie sont déterminées en grande partie par la plage dans laquelle le courant d'excitation doit être commuté. Par exemple, pour commuter en partant d'un haut niveau 44 de puissance jusqu'à une puissance nulle 48, le courant d'excitation doit varier entre une valeur de courant et une valeur 46 de courant. La grande différence entre les niveaux 40 et 46 du courant limite la cadence d'imagerie. Augmenter la cadence d'imagerie en rétrécissant la plage dans laquelle varie le courant d'excitation est possible, en faisant varier le courant d'excitation entre la valeur 40 de courant supérieure au seuil d'effet laser et une valeur petite mais non nulle, 38, de courant, qui est inférieure au seuil d'effet laser. La petite différence entre les valeurs 40 et 38 de courant permet d'atteindre une fréquence d'imagerie très élevée. Cependant, lorsque le courant d'excitation est à la valeur 38, la diode est dans le mode LED et émet un faisceau optique à niveau de puissance faible, mais non nul, désigné par la référence numérique 42. La différence entre les puissances du faisceau à l'état "en service" et à l'état "hors service", et donc le rapport de contraste, est inférieure à ce qu'elle serait si la diode n'émettait aucun faisceau dans l'état "hors service". Par conséquent, une amélioration de la fréquence d'imagerie réduit le rapport de contraste, et vice versa. Pour maintenir un rapport de contraste élevé, la puissance du faisceau de LED doit être atténuée sélectivement lorsque le

courant est au niveau 38.

En se référant à nouveau à la Fig. 1, la diode laser 12 est couplée optiquement à une première extrémité 14 d'une fibre optique monomode 16. La diode est de préférence une diode Toshiba 9225 de 670 nanomètres, et la fibre est de préférence une fibre optique monomode fabriquée par Point Source, Inc., dont la longueur est de trois mètres et dont l'ouverture numérique est de 0,07 NA. La diode laser 12 émet un faisceau lB qui entre dans la première extrémité 14 de la fibre 16. En raison de la nature monomode de la fibre 16, la fibre 16 transfère sensiblement sans le modifier un rayonnement optique d'une longueur de 670 nanomètres, à partir de sa première extrémité 14 jusqu'à sa deuxième extrémité 20. En d'autres termes, la fibre ne réduit pas sensiblement l'intensité du rayonnement optique d'un laser monomode. En revanche, la fibre réduit sensiblement l'intensité d'un rayonnement optique à modes multiples. Dans le mode de réalisation préféré, la fibre 16 réduit sensiblement l'intensité du rayonnement optique qui est multimode, en définissant

ainsi une atténuation maximale de la fibre 16.

Par conséquent, lorsque la fibre 16 reçoit un rayonnement optique à sa première extrémité 14, un faisceau filtré 22 émerge de la deuxième extrémité 20 de la fibre 16. La seconde extrémité 20 intervient ainsi comme source du faisceau filtré 22. Le faisceau filtré 22 qui émerge de la deuxième extrémité 20 est monomode. La diode 12 est dans le mode LED lorsqu'elle est dans l'état "hors service". Bien que la diode 12 émette un faisceau à modes multiples lorsqu'elle est dans l'état "hors service", la fibre optique monomode 16 ne transfère, du faisceau 18, qu'une composante qui se trouve dans le mode prescrit. Ainsi, le faisceau filtré 22 qui émerge de la deuxième extrémité 20 est essentiellement monomode. La puissance du faisceau filtré 22 est en outre sensiblement moindre que la puissance du faisceau 18 que reçoit la première extrémité 14, puisque le filtre 16 ne transmet qu'une

composante du faisceau 18.

En revanche, la fibre 16 atténue de façon minimale le faisceau 18 lorsque la diode 12 est dans l'état "d'effet laser" parce que le faisceau laser en mode unique est concordant avec la fibre. Puisque la fibre 16 réduit de façon significative la présence du faisceau 18 de l'état "hors service", mais que la fibre 16 ne réduit pas de façon significative la puissance du faisceau 18 de l'état "en service", le rapport de contraste est très élevé, typiquement de 500:1. Le rapport de contraste élevé améliore la qualité d'image et empêche "l'effet de voile sur le

support", un problème décrit dans ce qui suit.

L'atténuation du faisceau laser pendant l'état "en service", est dû à des propriétés naturelles d'atténuation de la fibre ainsi qu'à des effets d'atténuation qui rendent vraiment monomode la diode

laser qui est naturellement presque monomode, c'est-à-

dire qu'ils rendent circulaire le faisceau non circulaire et enlèvent l'astigmatisme. L'atténuation

minimale de la fibre est typiquement de 5 dB, c'est-à-

dire une transmission de 30%. L'atténuation maximale pendant l'état "hors service" n'est pas infini, mais

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est au contraire limité typiquement à 12 dB, c'est-à-

dire une transmission de 6%.

Un faisceau optique expose un point sur un support d'image lorsque la puissance du faisceau optique est égale ou supérieure à un niveau d'exposition prescrit. Si la puissance du faisceau est légèrement supérieure à ce niveau d'exposition, le point est légèrement exposé sur le support. Si la puissance du faisceau dépasse fortement le niveau d'exposition, le point est fortement exposé sur le support. Il est clair que le support est au moins partiellement exposé, même à des points qui ne devraient pas être exposés, si la puissance du faisceau en service et la puissance du faisceau hors service dépassent toutes deux les niveaux d'exposition. La Fig. 3 représente un premier ensemble 50 de

points sur un substrat, qui sont "voilés", c'est-à-

dire qu'il n'existe pas, dans le premier ensemble 50 de point 50, une grande différence entre des points qui sont exposés, c'est-à-dire noirs et des points qui ne devraient pas être exposées, c'est-à-dire blancs, mais qui sont en fait légèrement exposés. De telles images voilées résultent d'un système d'imagerie à faible rapport de contraste. Le point 52 est un point exposé, tandis que les points 54 et 56 devraient être non exposés. Les points 52, 54 et 56 sont des nuances de gris qui varient. Une image qui est composée de tels points relativement non différenciés apparaît voilée. En revanche, dans un deuxième ensemble 58 de points, la différence est plus grande entre des tâches qui sont exposées et des tâches qui ne sont pas exposées. Un système de rapport à contraste élevé produit cette différenciation entre les points. Un point 60 est un point exposé et des points 62 et 64 ne sont pas exposés. Les points 62 et 64 non exposés sont en fait dépourvus de toute exposition, et sont donc

nettement différenciés du point exposé 60.

Le premier ensemble 50 de points est représentatif d'images produites par des systèmes classiques de génération de faisceau optique qui font varier le courant d'excitation entre un niveau de courant supérieur au seuil d'effet laser et un niveau

de courant non nul inférieur au seuil d'effet laser.

Le rapport de contraste est inférieur à ce qui est souhaitable, et le faisceau de LED qui apparaît lorsque la diode est dans l'état "hors service" expose partiellement le support. Le deuxième ensemble 58 de points est représentatif d'images produites par un système générateur de faisceau optique réalisé selon

la présente invention.

La Fig. 4 illustre plusieurs qualités indésirables d'un faisceau laser engendré par une diode laser. La configuration de divergence d'un faisceau laser 64 émis par la diode laser 76 est hautement anamorphe, c'est-à-dire que le faisceau laser 74 présente, dans un premier axe 70 perpendiculaire à la jonction 78 de diode, une divergence qui est beaucoup plus élevée qu'une divergence selon un deuxième axe 72 qui est parallèle à l'axe de la jonction 78. Le faisceau laser 74 souffre en outre d'astigmatisme, c'est-à-dire que le faisceau laser 74 se focalise dans un premier plan 66 dans le premier axe 70 du faisceau 74 et se focalise dans un deuxième plan 68 dans le deuxième axe 72 du faisceau 74. Typiquement, les deux plans 66 et 68 sont

séparés de six à dix microns.

La présente invention élimine les particularités indésirables qui rendent le faisceau laser de la diode

inapte à une utilisation dans un système d'imagerie.

D'une manière connue dans l'art, un rayonnement optique monomode présente une symétrie circulaire inhérente et une diffraction limitée, au lieu de présenter la configuration de divergence anamorphe, et il est de plus exempt de tout astigmatisme. En se référant de nouveau à la Fig. 1, puisque l'ouverture numérique de la fibre 16 est très faible, le faisceau filtré 22 qui émerge peut être facilement collimaté, par exemple par une lentille 24 de collimation située en aval de la deuxième extrémité 20. Pour remédier à l'astigmatisme et à la divergence anamorphe du faisceau laser, il est inutile d'agencer une collection de composants optiques encombrants et complexes, et les problèmes d'alignement qui y

correspondraient sont évités.

La présente invention, non seulement remédie à plusieurs particularités optiques indésirables du faisceau laser, mais offre en outre des avantages mécaniques par rapport à des systèmes classiques de génération de faisceaux optiques. Comme expliqué précédemment, la deuxième extrémité 20 de la fibre 16 agit comme source de faisceau filtré 22 et la deuxième extrémité est donc traitée comme un générateur classique de faisceau. La Fig. 5 représente la deuxième extrémité 20 fixée à un système d'imagerie 80 par un moyen de fixation 86 comme une console. La deuxième extrémité 20 est alignée avec des composants du système d'imagerie, par exemple un miroir 82 et la lentille de collimation 24, exactement comme si la deuxième extrémité 20 était un générateur classique de faisceau, comme une diode laser. Puisque la fibre 16 est longue et flexible, son extrémité 20 d'o émerge le faisceau filtré 22 n'est pas nécessairement

adjacente à la diode laser 12 elle-même.

L'extrémité 14 de la fibre 16 qui reçoit la diode 12 et le faisceau laser 18 est située à distance de

l'extrémité 20 d'o émerge le faisceau filtré 22.

L'extrémité 14 est typiquement montée sur un module électronique 84 qui contient des composants électroniques non représentés qui commandent la diode 12, par exemple une source 26 de courant et un dispositif de commande 28. Ainsi, seule l'extrémité 20 doit être allignée précisément avec le reste du système d'imagerie. Si la diode laser 12 est défaillante, la fibre 16 peut donc être découplée de la diode 12 sans rompre l'alignement de la lentille de collimation 24 et du miroir 82. La diode 12 peut ensuite être remplacée et la fibre 16 peut y être accouplée de nouveau. Puisque l'extrémité 20 d'o émerge le faisceau filtré 22 est aussi situé à distance des composants électroniques du module 84, l'extrémité 20 est de même éloignée de tout bruit

engendré par ceux-ci.

En se référant maintenant aux Fig. 6 et 7, une partie d'un systèmed'imagerie 96 à tambour interne, qui utilise un générateur de faisceau à diode laser comme décrit ci-dessus, -comporte un tambour interne 92 pourvu d'une surface 94 qui comprend une partie d'un cylindre. Le tambour 21 est fabriqué avec soin et doit maintenir la géométrie préférée de la surface 94 c'est-à-dire son caractère cylindrique, avec une grande précision. A cet effet, le tambour est d'une structure robuste, de préférence en aluminium coulé, pourvue d'une série de nervures de renforcement non représentées espacées le long d'un périmètre extérieur. Comme représenté à la Fig. 7, la surface 94 est apte à recevoir un substrat 101. Le substrat 101 peut, soit être une feuille d'aluminium ou de polymère, par exemple un polyester, dont une surface est revêtue d'une émulsion photosensible, soit être une feuille de film photosensible. La surface 94 comporte en outre, comme représenté à la Fig. 6, une série d'orifices 96 en communication de fluide avec une série de canaux internes 98 à travers lesquels une source classique de vide et un système associé de collecteur non représentés engendrent un vide. Le vide tient le

substrat en place pendant un processus d'exposition.

Des variantes de procédés peuvent être utilisées de façon équivalente pour tenir en place le substrat, y compris des techniques électrostatiques et mécaniques

de rétention.

Le système d'imagerie 90 inclut également un rail 100 qui comporte un chariot 102 pour balayer un faisceau optique réfléchi 104 sur la surface du substrat en réponse à des signaux d'ordres de faisceau reçus d'un dispositif de commande 106. Le chariot inclut un codeur linéaire 108 pour engendrer des signaux indicatifs de la position du chariot tandis qu'il se déplace le long du rail, un appareil 110 à balayage rapide comprenant de préférence un moteur linéaire 112 et un miroir 114 pour recevoir sur une surface 115 de miroir un faisceau optique 103 émis par un module générateur 116 de faisceau, par exemple une diode laser et une fibre optique, et pour exposer une série de lignes 118 de balayage, comme représenté à la Fig. 7, sur le substrat en faisant tourner le miroir autour d'un axe de rotation 120, typiquement à 24.000 tours par minute. Un codeur rotatif 122 est inclus pour engendrer des signaux indicatifs de la position angulaire de la surface du miroir au cours d'un balayage. La surface du miroir est de préférence fabriquée de manière à présenter une courbure

parabolique hors axe.

Le moteur linéaire 112, qui est semblable à un moteur fabriqué par Trilogy Systems Corp., constitue le moyen de déplacer le chariot 102 sur la longueur du rail 100. Le moteur linéaire 112 est de préférence un moteur sans balais à courant continu, comprenant un

ensemble de bobine et un ensemble de piste magnétique.

L'ensemble de bobine inclut de préférence une série non représentée d'enroulements ou phases de moteur qui sont commutés par commutation sinusoïdale. Une commutation sinusoïdale réalise une uniformité presque parfaite, ce qui signifie que le chariot 102 se déplace à une vitesse commandée qui ne produit aucun ou presque aucun, rebond ou discontinuité dans le déplacement du chariot. Une imagerie d'arts graphiques exige un degré élevé de précision lors du balayage du faisceau d'imagerie sur le support et, il est donc critique que la vitesse de déplacement du chariot 102 sur le rail 100 soit constante. Une discontinuité de déplacement ou une variation de la vitesse du chariot provoque le problème "d'effet de bandes" ou lignes

longitudinales formées dans le substrat 101.

Un système 126 de commande de moteur, représenté schématiquement à la Fig. 8, inclut un dispositif de commande 128, un dispositif de servocommande 130, un servo amplificateur, ou servo-amp, 132 et un codeur linéaire 134. Le système de commande 126 du moteur envoie des signaux d'excitation aux enroulements du moteur linéaire 136. Le dispositif de commande 128 envoie des signaux d'entrée par un port sériel 138 RS 232 au dispositif de servocommande 130, par exemple un dispositif fabriqué par Delta Tau. Le dispositif de servocommande 130 envoie par un conducteur 140 un signal au servo amplificateur 132 qui envoie ensuite des signaux sinusoïdaux d'excitation par le conducteur 142 à l'ensemble de bobine du moteur linéaire 136. Le codeur linéaire 134 envoie au dispositif de servocommande 130 un signal indicatif de la position du chariot 102 sur le rail 100 afin de fermer la boucle de position et d'asservissement et envoie aussi ce signal au dispositif de commande 128. Le dispositif de commande 128 mémorise la position du chariot 102 et contrôle la position du chariot 102 tandis qu'il se déplace le long du rail 100. Le dispositif de commande lance aussi d'autres fonctions qui dépendent de la position du chariot sur le rail, par exemple arrêter le moteur, commander la vitesse du moteur, envoyer des signaux de début et de fin de balayage sur le substrat. Le codeur linéaire 134 inclut une échelle et une tête de codeur. L'échelle est montée longitudinalement sur le bord inférieur du rail et la tête de codeur est

montée sur le bord de la plaque horizontale du rail.

Dans le mode de réalisation préféré, la résolution de

le codeur est de 0,25 micron.

Dans le fonctionnement du système de commande 126 du moteur, le dispositif de commande 128 envoie un signal au dispositif de servocommande 130 pour exciter le moteur linéaire 136 et déplacer le chariot vers une position initiale prédéterminée à l'une des extrémités du rail 100. Un registre de position du dispositif de commande 128 est ensuite initialisé à des comptes de zéro. Quand le substrat 101 a été fixé à l'intérieur du tambour 92, le chariot 102 reçoit du dispositif de commande l'ordre d'avancer jusqu'à ce que le bord du support soit détecté par un détecteur 144 de bord. Le dispositif de commande 128 mémorise le nombre de comptes entre la position initiale et le bord du substrat 101 et ordonne au moteur linéaire 136 un ordre de reculer le chariot 102 d'environ un pouce, c'est-à-dire environ 25,4 mm, à partir du bord du support. Cette distance prédéterminée permet au chariot 102 d'accélérer jusqu'à une vitesse constante avant d'atteindre le bord du substrat. Lorsque le processus de balayage commence, le dispositif de commande 128 excite le moteur linéaire 136 pour déplacer le chariot. Lorsque le dispositif de commande détermine que le chariot 102 a atteint le bord du support, le dispositif de commande envoie un signal de lancement pour commencer le balayage de l'image sur le support. Lorsque le chariot 102 s'est déplacé de la distance ordonnée le long du rail 100, le dispositif

de commande 128 arrête le chariot et lit sa position.

Le dispositif de commande envoie ensuite au chariot l'ordre de ramener rapidement le chariot à la position

zéro, à une vitesse prédéterminée.

En se référant aux Fig. 9 et 10, dans le mode de réalisation préféré, le système d'imagerie 10 inclut en outre un système 150 de lentilles de zoom. Le système 150 de lentilles de zoom décrit de façon plus détaillée dans ce qui suit inclut une série de lentilles 152, 154, 156 fixées sur le chariot 102 pour étaler le faisceau optique 103 émis 103 à partir de la

source lumineuse, c'est-à-dire augmenter son diamètre.

De préférence, le facteur de réflexion des lentilles 152, 154, 156 est inférieur à 0,5%, pour des faisceaux

d'une longueur d'onde d'imagerie souhaitée.

L'appareil 110 de-balayage rapide et le système 150 de lentilles de zoom sont fixés à la surface orthogonale inférieure 158 du chariot 102. L'appareil de balayage rapide est monté sur le chariot 102 par une paire de sangles 160 à l'extrémité avant 162 du chariot de façon que le miroir 114 soit coaxial

avec un axe central z du tambour interne 92.

Le système 150 de lentilles de zoom est monté à l'extrémité arrière 164 du chariot 102 et inclut trois lentilles espacées coaxialement 152, 154 et 156 pour étaler le faisceau émis 103 engendré par le module 116, c'est-à-dire augmenter son diamètre. Le système de lentilles de zoom minimise les effets d'une turbulence optique qui affecte de façon défavorable la qualité d'image. Dans le tambour interne, le faisceau émis est exposé à une turbulence d'air tandis qu'il se propage le long de l'axe central z du tambour 92 vers le miroir 114 supporté par le chariot 102. On sait que les effets de la turbulence de l'air sont d'autant plus grands que le diamètre du faisceau d'amenée axiale est plus grand. Pour cette raison, la présente invention envoie un faisceau plus petit, et de dimension fixe, le long de l'axe z du tambour interne 92. Le diamètre typique du faisceau est de 16,4 millimètres, ou mm, pour un système sans système de lentilles de zoom, tandis que le diamètre du faisceau est approximativement de 4 mm pour un système comprenant un système de lentilles de zoom sur le

chariot 102.

Dans le mode de réalisation préféré du système de lentilles de zoom, les caractéristiques des lentilles 152, 154, 156 réalisent un étalement afocal du diamètre du faisceau d'amenée. Le terme "afocal" signifie que le faisceau émis et le faisceau de sortie du système 150 de lentilles de zoom sont tous deux parallèles à l'axe de la lentille. L'homme de l'art reconnaît cependant qu'un type quelconque de lentille à configurations multiples est possible sans s'écarter de l'invention. La première lentille, c'est-à-dire la lentille arrière extrême 152, est fixée fermement au chariot. La seconde et la troisième lentilles 154, 156 sont respectivement fixées au chariot par des couplages magnétiques. Deux coussins d'air à commande indépendante non représentés constituent le moyen de positionner de façon réglable les lentilles 154, 156 afin de faire varier le diamètre et le foyer du faisceau à amenée axiale qui sort du système 150 de

lentilles de zoom.

Bien que l'invention ait été représentée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, l'homme de l'art comprend que d'autres modifications, et des omissions et additions diverses peuvent y être apportées sans s'écarter de

l'esprit et du cadre de la présente invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Système générateur (10) de faisceau optique à utiliser dans un système d'imagerie qui forme une image dans un substrat, le faisceau optique pouvant être à un premier niveau de puissance (40), supérieur à un niveau d'exposition, qui expose l'image dans le substrat (101) et à un deuxième niveau de puissance (38), inférieur au niveau d'exposition, qui n'expose pas le substrat, le générateur de faisceau optique incluant en outre un moyen de sélection d'état pour engendrer des signaux d'ordres "en service" et "hors service" correspondant aux états "en service" et "hors service"; caractérisé par: un moyen générateur (12) de faisceau pour engendrer un faisceau optique cohérent à mode préféré en réponse à des signaux d'ordres reçus correspondant audit état "en service", et pour engendrer un faisceau optique incohérent en réponse à des signaux d'ordres reçus correspondant audit état "hors service"; un moyen de filtre (16) de mode, couplé optiquement audit moyen générateur de faisceau, le but dudit moyen de filtre de mode étant d'atténuer à une amplitude inférieure audit niveau d'exposition les composantes optiques du faisceau optiques reçu qui ne sont pas du mode préféré, ledit moyen de filtre de mode effectuant une atténuation minimale, au premier niveau de puissance (40), dudit faisceau optique cohérent pendant ledit état "en service" et ledit moyen de filtre de mode effectuant une atténuation maximale, au deuxième niveau de puissance (38), dudit faisceau optique cohérent dans ledit état "hors

service".

2. Système (10) selon la revendication 1, dans lequel le moyen de filtre est une fibre optique monomode (16), caractérisé en outre par: une diode laser (12) qui reçoit un courant d'excitation d'une source de courant (36).

3. Système (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite diode laser (12) fonctionne comme diode électroluminescente (LED) lorsque la valeur dudit courant d'excitation ne dépasse pas un niveau de seuil

(36) d'effet laser.

4. Système (10) selon la revendication 3, caractérisé en outre en ce que ledit moyen de sélection d'état comprend un dispositif de commande (28) pour engendrer lesdits signaux d'ordres pour commander ledit niveau dudit

courant d'excitation.

5. Système (10) selon la revendication 1 caractérisé en outre en-ce que ledit moyen de sélection d'état sélectionne entre ledit état "en service" et ledit état "hors service"

en fonction de signaux d'images reçus.

6. Procédé de génération d'un faisceau d'imagerie à utiliser un système d'imagerie qui forme une image dans un substrat, le faisceau optique pouvant être à un premier niveau de puissance (40), supérieur à un niveau d'exposition, qui expose l'image dans le substrat (101) et à un deuxième niveau de puissance (38), inférieur au niveau d'exposition, qui n'expose pas le substrat, caractérisé par les étapes consistant à: engendrer, en réponse à des signaux d'ordres reçus correspondant à un état "en service", un faisceau optique cohérent (22) de mode presque unique, dont le niveau est ledit premier niveau de puissance; engendrer un faisceau optique incohérent en réponse à des signaux d'ordres reçus correspondant à un état hors service"; engendrer lesdits signaux d'ordres "en service" et "hors service" correspondant auxdits états "en service" et "hors service"; et atténuer audit deuxième niveau de puissance une composante optique dudit faisceau optique reçu qui

n'est pas dudit mode presque unique.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en outre en ce que l'étape de génération dudit faisceau optique cohérent (22) comprend l'étape consistant à amener à une diode laser (12), à partir d'une source (26) de courant, un courant d'excitation dont le niveau

dépasse un niveau de seuil (36) d'effet laser.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en outre en ce que l'étape de génération dudit faisceau optique incohérent comprend l'étape consistant à amener à une diode laser (12), à partir d'une source (26) de courant, un courant d'excitation dont le niveau ne

dépasse pas ledit niveau de seuil (36) d'effet laser.

9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en outre en ce que l'atténuation dudit deuxième faisceau optique est d'environ 12 dB au cours de ladite étape d'atténuation

dudit deuxième faisceau optique.

10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en outre en ce que ladite étape de sélection comprend l'étape consistant à sélectionner entre ledit état "en service" et ledit état "hors service" en fonction de

signaux d'image reçus.