JP2005509893A - 小型結像ヘッド、高速マルチヘッドレーザ結像アセンブリ、および高速マルチヘッドレーザ結像方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図2Aおよび図2Bは、本発明のアセンブリおよび方法で使用することができる例示的な小型結像モジュールまたはヘッド36の拡大側面図である。図3Aから図3Cは、それぞれ異なる平面上の、図2Aおよび図2Bに示すモジュール36の様々な部分の展開正面図である。このモジュール36は、支持装置(図2Aおよび図2Bには図示せず)に取り付けられた、光束5(図2A参照)を発し、その上に配置されたレーザ源10(通常は複数の発光体を含むレーザバーまたはダイオードアレイ)を有する。本明細書に記載のレーザ源10は、マイクロチャネルを流れる液体によって冷却される。このようなレーザ源としては、Jenoptik Laserdiode社から入手することができるJOLD−32−CAFC−1L(出力32ワット)がある。本明細書に記載のこの特定のレーザ源10は、長さ1センチメートルで19個の発光体を含むバーであるが、その他のレーザ源を使用することもできる。
本発明によるモジュラ結像アセンブリとは、共通のキャリッジに脱着可能に結合または搭載される、モジュールと呼ばれる相互交換可能な同じ結像ヘッドのアセンブリを指す。図1A、図1B、図1Cおよび図1Dは、本発明の様々な実施形態を概略的に示す図である。本発明の目的の1つは、印刷プレートおよび結像光学部品を互いに相対移動させて連続した画素のバンドを生成して印刷プレートをイメージングすることができるプレートセッタの生産速度を高めることである。このようなシステムは、例えば、全て参考文献として本明細書に援用する、米国特許第4,746,942号明細書および第4,819,018号明細書ならびに国際特許出願第00/49463号パンフレットに記載されている。単一の結像モジュールが生成および投射してバンド状にすることができる画素の数は、上記で論じた理由により制限されている。理論的には、ブラシの幅(例えば画素256個分)以下の結像モジュールまたはヘッドを製造することができる場合には、いくつかのヘッド44を共通のキャリッジ上に向き合わせて取り付けることによって、キャリッジの1回のエクスカーション(excursion)すなわち偏位運動で結像のためにプレート上で掃引することができる画素の数を増やすこともできる。しかし、このような配列は、現況技術では不可能である。20ミクロンの画素256個からなる隣接するブラシを生成するためには、各ヘッドの幅は、ブラシの幅、例えば5.2mmに制限されることになる。それぞれブラシ1つ分の幅を有するこのような理論ヘッドを4つ備えたアセンブリを、図1Aに示す。
ビーム(例えば図2Bでは340)の幅は、レーザ源10の速軸線のための変調器のレベルにおけるビームの幅の像である。モジュールが相互交換可能である本発明の好ましい実施形態では、異なるモジュールから出てプレートの結像位置に収束するブラシ形成ビームの各光束の幅は、形状およびパワーが同じでなければならない。このために、本発明では、これらの光束の不可避の特徴の差異を補償するために、各光束の幅、高さおよび空間位置の調節、ならびにレーザ発光体バーの有効パワーの等化を含むこともできる。そのような特徴としては、偏光、スマイル(smile)、速軸線視準レンズの品質および位置精度、発光パワー、ならびに異なるレーザ源(例えばダイオード)のエージングなどが挙げられる。
」と呼び、これは例えば米国特許第6,166,759号明細書に記載されている。図5は、レーザバーの「スマイル」を示す図である。E1やE2などの発光体の位置は、速軸線用の視準レンズ20の結像軸線の周りに広がっている。位置のばらつきは、レンズ190の焦点面501´において強く増幅され、したがって、対物系O(図3E参照)が501´の像を形成する結像平面400においても強く増幅される。
図6に示すように、各モジュール36−1、36−2、36−3、36−4のパワーを調節するために、各モジュール(例えば図2A、2Bおよび図3Aから3Cに示す例示的なモジュール)ごとに処理装置600(例えばパーソナルコンピュータ(PC))によって制御された別個の電源を利用して、所定のパワーを生成することができる。ただし、このような実施形態では、キャリッジ(図7)は、モジュール36−1、36−2、36−3、36−4それぞれについて、2本の50アンペアケーブルの末端を引かなければならない。
本発明による4つの結像モジュール36−1、36−2、36−3および36−4を有するアセンブリを、図7に例示する。これらの各モジュールはキャリッジ37から取り外すことができ、したがって故障状態および/または使用不能状態になった場合には容易に交換できる。図7に示すように、モジュール36−1、36−2、36−3および36−4はそれぞれ、取外しおよび交換を迅速に行うことができるように、キャリッジ37に磁気によって取り付けることができる。例えば、これらのモジュール36−1、36−2、36−3および36−4は、異なるバンドの位置を突き止めることでほぼ正確に並置することができるように、キャリッジ37上で(高い精度で)位置決めすることができる。しかし、他の実施形態では、モジュールは、脱着可能にキャリッジに結合することも、キャリッジに堅く固定することもできる。
図3D、図3Eおよび図3Fでは、「白抜き」矢印内の参照番号明細書および以下の記述で括弧内に示す参照番号明細書は、図3A、図3Bおよび図3Cの構成要素に対応する主要な構成要素の変位を表すものとする。「黒」矢印の中の番号明細書は、白矢印と関連付けた構成要素の変位の影響を表す。一部は「当り部材」部材270における変位であり、その他はプレートレベルにおける変位である。図示のように、レーザ源10が傾斜(1)すると、ビーム5´´´´が部材270の入口においてx軸線に沿って移動する。レンズ180の横方向変位(2)を利用して、y軸線に沿って当り部材プレート270の開口にビーム5´´´´の中心を合わせる。レンズ60の垂直方向変位(3)を利用して、3で表すように最終的な像に影響を及ぼすビームの発散を調整する。レンズ320の垂直方向変位(4)を利用して像を移動させ、ブラシの高さ「h」に影響を与えることなく、4で示すようにプレートの平面に正確に位置決めする。レンズ190を回転(5)させることによって、5で示すように最終的な像を正確に配向することができる。レンズ260の上下の変位(6)を利用して、ブラシの高さを調節する。レンズ190の変位(7)を利用して、変調器15の活性領域にビームを心合せする。上述の調節可能な構成要素はそれぞれ、正確な位置決めを可能にするロック機構で支持体に取り付けることができる。好ましい一実施形態では、各モジュールは、止めねじなど、各モジュールブラシをx、y、z座標で位置決めできるように各モジュールを治具上で独立して調節できるようにする調節可能な位置決め要素を備える。これらは、以下で説明するような目視観測を必要とする。
1.当り部材プレート上でのビームの心合せ(1)および(2)
心合せ調整を容易にするために、当り部材270は、ダイオードならびにそれに関連する光学要素、すなわちレンズ、ミラーおよび変調器と同じ支持体に取り付けられる。対物アセンブリOは、当り部材から独立しており、到着するビーム(図3E参照)に影響を及ぼすことなく取り外すことができる。これは、目視観測のために、当り部材上のビームを視覚化するための適当な光学部品を備えたIRカメラで置き換えることもできる。このカメラは、当り部材のスリット(開口)を出る光線を「見る」。1つの調整(2)は、ゼロ次の光線を、ダイオードの遅軸線Yに沿って当り部材のスリットの中心に正確に位置決めするものである(図3E参照)。この調整は、最良の回折次数の分離、したがって最良のコントラストを得るために重要である。
観察および測定は、顕微鏡の対物系を備えたIRカメラを援用して行うこともできる。対物系O(図3B)を適所に配置すれば、ビームの像は露光平面400に形成される。
ブラシ高さの調節は、レンズ260を変位(6)させることによって行う。この寸法は、カメラおよびマイクロメータテーブルを援用しても測定される。
ビームに含まれる全てのエネルギーを、変調器の電極領域で反射しなければならない。そのためには、レンズ190によって合焦させたビームの熱的影響を精密かつ安定に制御する必要がある。このレンズハレーザバーの像を形成するので、像の位置は、バーが発出する光線の角度ドリフトの影響を受けない。しかし、製造公差によって生じる誤差を補償するために調節(6)が必要である。
ブレード130の出力において一様な分布を得るためには、ビームは、良好な角度対称性でブレードに入射しなければならない。角度対称性は、レンズ30、80、110および120の位置に大きく左右される。完全に一様な分布を得るためには、機械的および光学的公差を補償するための調整が必要である。レンズ80を平行移動させてこの調整を行うことが好ましい。また、平行移動レンズ30、110および120によって行うこともできる。当業者なら理解するであろうが、この調整は、測定機器を用いて検査することができる。
この強度は、国際特許出願第00/49463号パンフレットに示されるようにスリットおよびフォトダイオードを用いた較正セルで測定される。コンピュータで、ダイオードと並列なMOSFETである分流器に与えられる電流を調整して、測定値と指定値を等しくする。
モジュラ配列の場合のようにブラシが複数ある場合には、ブラシ間の距離を厳密に考慮し、安定に保たなければならない。そのために、対物系Oを、その光学軸線を変位させることができる支持体に取り付ける。これにより、出射ビームをX軸線およびY軸線に対して精密に位置決めすることができる(図11参照)。
5 光束
5´´ 光ビーム
5´´´ 修正後の光ビーム
5´´´´ ビーム
6、7、8 バンド
10 レーザ源
15 変調器
20 視準レンズ
30 円筒形レンズ、平行移動レンズ
34−1、34−2、34−3、34−4 画素ブラシ
34−1´、34−2´、34−3´、34−4´
36 小型結像モジュールまたはヘッド
37 キャリッジ
38 モジュールまたはヘッド
38−1、38−2、38−3、38−4 キャリッジの異なるレベル
40 偏光ミラー
42 プレート
44 ヘッド
45 隙間
46 距離
49 キャリッジ
50 結像ブレード
51、51´ 位置ずれ
52 レール
54 ドラム
55 平面の結像領域の縁部
57 軸線
60、70 円筒形レンズ
110、120 平行移動レンズ
90、100 ミラー
130 ミキシングブレード
140、150、180、190 円筒形レンズ
160、170 ミラー
200 機械要素
210 中心
220 結晶
230 結晶面
240 プリズム面
250 別のミラー
260 レンズ
270 当り部材
280、290、300、310、320、330 結像レンズ群
340 ブラシ像
340´ 像
350 ドライバ
400 プレート位置、結像平面
500 焦点
501´ 焦点面
510、510´ レーザ源
540、540´、 偏光キューブ
550、550´ 半波ブレード
560、560´、570、570´、580、580´ レンズ
600A ミラー
610A、620A レンズ
630、630´ 結像ブレード
640A、650A レンズ
660A、670A ミラー
680、680´、690、690´ レンズ
720、720´ 変調器
740、740´、750、750´ ミラー
760、760´ レンズ
1000 ハウジング
Claims (50)
- 結像アセンブリであって、
所望の像領域に対するキャリッジの位置を示す信号を生成する信号生成器を含む移動可能なキャリッジと、
キャリッジに結合された複数の結像モジュールであって、各モジュールが少なくとも1つの他のモジュールと隣接し、各モジュールが、協働可能に配列されて個別の光ブラシを生成する少なくとも1つのレーザ光源および変調器を含み、各モジュールが、前記複数のモジュールが各モジュールが生成した各個別の光ブラシを合成したレーザ光を像ごとに生成するように、その他のモジュールに対して位置合わせされ、各モジュールが、各個別のモジュールからのレーザエネルギーの像ごとの生成を遅延させる信号受信機を含む結像モジュールと、を備える結像アセンブリ。 - 前記キャリッジが、所望の像領域より大きな距離を1回の偏位運動で横切ることができ、キャリッジが該所望の像領域を1回横切るたびに、複数の前記モジュールが、各モジュールによって生成される各個別の光ブラシを合成したものである連続的なレーザ光のバンドを生成する、請求項1に記載のアセンブリ。
- 各モジュールが他のモジュールから直角に偏倚している、請求項1に記載のアセンブリ。
- 4つのモジュールを備える、請求項1に記載のアセンブリ。
- 変調器がTIR変調器である、請求項1に記載のアセンブリ。
- 各モジュールが、256画素の像ごとのレーザ光を生成することができる、請求項1に記載のアセンブリ。
- レーザ光源が複数のレーザダイオードを備える、請求項1に記載のアセンブリ。
- 結像アセンブリであって、
移動可能なキャリッジと、
少なくとも1つの他のモジュールとそれぞれ隣接し、協働可能に配列されて個別の光ブラシを生成するレーザ光源および変調器をそれぞれ含む、キャリッジに結合された複数の結像モジュールと、
前記複数のモジュールが各モジュールが生成した各個別の光ブラシを合成したレーザ光を像ごとに生成するように、各モジュールをその他のモジュールに対して位置合わせする手段と、
所望の像領域に対するキャリッジの位置に関する情報を搬送する入力信号に応答して、各個別のモジュールからのレーザエネルギーの像ごとの生成を遅延させる手段と、を備える結像アセンブリ。 - 結像システムであって、
(a)結像アセンブリであって、
(i)所望の像領域に対するキャリッジの位置を示す信号を生成する信号生成器を含む移動可能なキャリッジと、
(ii)キャリッジに結合された複数の結像モジュールであって、少なくとも1つの他のモジュールとそれぞれ隣接し、協働可能に配列されて個別の光ブラシを生成する少なくとも1つのレーザ光源および変調器をそれぞれ含み、前記複数のモジュールが各モジュールが生成した各個別の光ブラシを合成したレーザ光を像ごとに生成するように、その他のモジュールに対してそれぞれ位置合わせされ、各個別のモジュールからのレーザエネルギーの像ごとの生成を遅延させる信号受信機をそれぞれ含む複数の結像モジュールと、を含む結像アセンブリと、
(b)結像アセンブリがプレートセッタ内にある印刷プレートに対してレーザエネルギーを像ごとに供給するように結像アセンブリと協働可能に配列された平台プレートセッタと、を備える結像システム。 - 結像システムであって、
(a)結像システムであって、
(i)所望の像領域に対するキャリッジの位置を示す信号を生成する信号生成器を含む移動可能なキャリッジと、
(ii)キャリッジに結合された複数の結像モジュールであって、協働可能に配列されて個別の光ブラシを生成する少なくとも1つのレーザ光源および変調器をそれぞれ含み、前記複数のモジュールが各モジュールが生成した各個別の光ブラシを合成したレーザ光を像ごとに生成するように、その他のモジュールに対してそれぞれ位置合わせされ、各個別のモジュールからのレーザエネルギーの像ごとの生成を遅延させる信号受信機をそれぞれ含む複数の結像モジュールと、を含む結像アセンブリと、
(b)結像アセンブリが回転ドラムの表面上にある印刷プレートに対してレーザエネルギーを像ごとに供給するように結像アセンブリと協働可能に配列された平台プレートセッタと、を備える結像システム。 - 印刷プレートを準備する方法であって、
(a)結像アセンブリを提供する段階であって、
(i)所望の像領域に対するキャリッジの位置を示す信号を生成する信号生成器を含む移動可能なキャリッジと、
(ii)キャリッジに結合された複数の結像モジュールであって、少なくとも1つの他のモジュールとそれぞれ隣接し、協働可能に配列されて個別の光ブラシを生成する少なくとも1つのレーザ光源および変調器をそれぞれ含み、前記複数のモジュールが各モジュールが生成した各個別の光ブラシを合成したレーザ光を像ごとに生成するように、その他のモジュールに対してそれぞれ位置合わせされ、各個別のモジュールからのレーザエネルギーの像ごとの生成を遅延させる信号受信機をそれぞれ含む複数の結像モジュールと、を含む結像アセンブリを提供する段階と、
(b)結像用の印刷プレートを提供する段階と、
(c)結像アセンブリを使用して、像ごとに印刷プレートにレーザ光を供給する段階と、を備える方法。 - 前記プレートが、結像アセンブリと協働可能に配列された平台プレートセッタ内にある、請求項11に記載の方法。
- 前記プレートが、結像アセンブリと協働可能に配列された回転ドラムの表面上にある、請求項11に記載の方法。
- 結像システムであって、
放射線感応媒体の幅を横切って移動することができる移動可能なキャリッジと、
キャリッジ上に選択的に位置決めされた複数の結像ヘッドであって、レーザ源、変調手段および投射手段が少なくとも1つの個別の光ブラシを生成するように協働可能に配列された少なくとも1つのレーザ源、レーザエネルギーを変調する変調手段、および変調レーザエネルギーを投射する投射手段をそれぞれ含み、かつキャリッジが媒体の幅を横切って1回移動する間に少なくとも1つの分離した光ブラシのバンドをそれぞれ生成する複数の結像ヘッドと、
キャリッジの1回の横断の間に該分離したバンドが投射されてそれら分離したバンドの幅の合計に等しい幅を有する連続的なバンドを形成するように、分離したバンドの投射を調節する補償手段と、
キャリッジの横断移動と直交する方向に媒体を段階的に移動させる手段と、
媒体の幅を横切るキャリッジの横断の長さおよび位置を制御する手段と、
媒体の縁部に対するキャリッジの位置を検出する手段と、
検出手段に応答して分離したバンドの投射のタイミングをとる手段と、を備える結像システム。 - 異なるモジュールのレーザパワーを分流器によって等化する、請求項1に記載の結像アセンブリ。
- レーザ結像アセンブリであって、
感光性媒体の上を移動することができるキャリッジと、
レーザ源及びそれと関連する光学構成要素をそれぞれ含み、放射エネルギーのブラシをそれぞれ投射し、キャリッジに脱着可能に取り付けられた、キャリッジ上に選択的に位置決めされた複数の光学モジュールと、
各モジュールを選択した基準点に対して位置決めする、キャリッジ上の位置決め手段と、を備えるレーザ結像アセンブリ。 - 各モジュールが、磁気によってチャ着脱可能にキャリッジに取り付けられる、請求項16に記載のアセンブリ。
- 位置決め手段が、全てキャリッジを位置決めするように動作可能に関連付けられた信号検出器、エンコーダ、および電子制御装置を備える、請求項16に記載のアセンブリ。
- 各モジュールが、調節可能な位置決め要素を備えることにより、各モジュールを治具上で独立して調節して各モジュールのブラシをx、y、z座標に従って位置決めすることができる、請求項1に記載のアセンブリ。
- 光学投射ヘッドであって、
複数の発光体を有するレーザダイオードアレイと、
印加電界に従ってアレイからの光線を回折することができるTIR変調器と、
アレイからのエネルギービームを等化することができる光学ミキサと、
レーザアレイからのエネルギー光線を成形してミキサに向けることができる、第1光学構成要素群と、
ミキサから出る光線を変調器に向けることができる第2光学構成要素群と、
変調器から出る光線を、望ましくない回折光線を除去することができる当り部材に対して収束させることができるレンズと、
当り部材から出た光線を放射線感応媒体に対して収束させることにより像を生成することができる結像対物アセンブリであって、変調器からの光線の発散を像幅に影響を与える選択した値に調節する手段を含む光学アセンブリと、を備える光学投射ヘッド。 - 光学投射ヘッドであって、
互いに直交する遅軸線および速軸線に沿ってエネルギー光線を生成することができる複数の発光体を有するレーザダイオードアレイと、
アレイからのエネルギー光線を印加電界に従って回折させることができるTIR変調器と、
アレイからのエネルギービームを等化することができる光学ミキサと、
レーザアレイからのエネルギー光線を成形してミキサの入力に向けることができる、第1光学構成要素群と、
ミキサの出力から出る遅軸線光線を、その焦点からの遅軸線光線を変調器に向けることができる円筒形レンズの焦点に向けて送り、収束させることができる円筒形レンズユニットと、
速軸線光線を、変調器の活性領域に向けて送り、そこに集中させることができるレンズと、
活性領域から出る光線を集光して、望ましくない光線を除去することができる当り部材上に点の像を形成することができるレンズと、
感光性表面上に像を投射することができる対物アセンブリと、を備える光学投射ヘッド。 - 調節手段が一対のレンズを備える、請求項20に記載のヘッド。
- 光学ヘッドであって、
入力端におけるビームおよび出力端における像形成ビームのレーザ源と、
入力端と出力端の間に前記ビームに沿って位置する、ビームから像を得るための複数の光学構成要素とを含み、ビームは、入力端と出力端の間で反射表面によって複数回折り返される、光学ヘッド。 - 折り返されたビームが、複数の平行な表面内に位置する、請求項23に記載のヘッド。
- 変調器が、約5mol.%のMgOまたは約7mol.%のZnを有するLiNBO3結晶を備える、請求項20に記載のヘッド。
- 変調器が、約5mol.%のMgOまたは約7mol.%のZnを有するLiNBO3結晶を備える、請求項21に記載のヘッド。
- 変調器が、1つまたは複数のドライバを有するTIR変調器である、請求項20に記載のヘッド。
- 変調器が、1つまたは複数のドライバを有するTIR変調器である、請求項21に記載のヘッド。
- 変調器のドライバが、変調器の結晶に、直接、取り付けられる、請求項27に記載のヘッド。
- 変調器のドライバが、変調器の結晶に、直接、取り付けられる、請求項28に記載のヘッド。
- 結晶およびドライバがカプセルに入れられた、請求項29に記載のヘッド。
- 結晶およびドライバがカプセルに入れられた、請求項30に記載のヘッド。
- レーザダイオードおよび当り部材が、循環冷媒によって冷却される、請求項20に記載のヘッド。
- レーザダイオードおよび当り部材が、循環冷媒によって冷却される、請求項21に記載のヘッド。
- 変調器が、光線を90°偏向させることができる少なくとも1つのプリズムエッジを有する全反射結晶を備える、請求項20に記載のヘッド。
- 変調器が、光線を90°偏向させることができる少なくとも1つのプリズムエッジを有する全反射結晶を備える、請求項21に記載のヘッド。
- 対物アセンブリがx軸線およびy軸線に沿って移動することができ、それにより対物アセンブリが当り部材のスリット上で心合せされる、請求項20に記載のヘッド。
- 対物アセンブリがx軸線およびy軸線に沿って移動することができ、それにより対物アセンブリが当り部材のスリット上で心合せされる、請求項21に記載のヘッド。
- 結像ヘッドであって、
複数のレーザ光エネルギー源と、
対応するレーザ光エネルギー源からのレーザ光を第2の光学配列に向けて送る複数の第1光学配列と、
第2光学配列からのレーザ光を受光する複数の第3光学配列と、
複数の前記第3光学配列からのレーザ光を受光する第4光学配列と、
第4光学配列からのレーザ光を受光する複数の第5光学配列と、
複数の前記第5光学配列からのレーザ光を対応して受光する複数の変調器と、
複数の前記変調器からのレーザ光を対応して受光する複数の第6光学配列と、を備える結像ヘッド。 - レーザ光源が、それぞれ複数の発光体を有するレーザダイオードである、請求項39に記載の結像ヘッド。
- 第1光学配列がそれぞれ、第1レンズ、第2レンズ、半波ブレード、偏光キューブおよび第3レンズを備える、請求項39に記載の結像ヘッド。
- 第2光学配列が第1共通光学配列である、請求項39に記載の結像ヘッド。
- 第1共通光学配列が、ミラー、第1レンズ、および第2レンズを備える、請求項42に記載の結像ヘッド。
- 第3光学配列が、それぞれミキシングブレードを備える、請求項39に記載の結像ヘッド。
- 第4光学配列が第2共通光学配列である、請求項39に記載の結像ヘッド。
- 第2共通光学配列が、第1レンズ、第2レンズ、第1ミラーおよび第2ミラーを備える、請求項45に記載の結像ヘッド。
- 第5光学配列が、それぞれ第1レンズおよび第2レンズを備える、請求項45に記載の結像ヘッド。
- 変調器が全反射変調器である、請求項45に記載の結像ヘッド。
- 第6の光学配列が、それぞれ第1レンズと、第1および第2のミラーと、結像レンズ群と、を備える、請求項45に記載の結像ヘッド。
- 2つのレーザ光エネルギー源と、レーザ光エネルギー源からのレーザ光を対応して受光する2つの第1光学配列と、第1光学配列からのレーザ光を受光する第1共通光学配列と、第1共通光学配列からのレーザ光を受光する2つの第2光学配列と、第2光学配列からのレーザ光を受光する第2共通光学配列と、第2共通光学配列からのレーザ光を受光する2つの第3光学配列と、第3光学配列からのレーザ光に対応して受光する2つの変調器と、変調器からのレーザ光を対応して受光する2つの第4の光学配列とを含む、請求項32に記載の結像ヘッド。
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