JP4933001B2 - 画像形成装置、画像形成方法、印刷ユニット、および印刷機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、印刷面に対し相対的に動かされる少なくとも１つのレーザビームを用いて、印刷面に点状に画像を形成する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣｔＰ（Computer-to-plate）印刷機またはダイレクトイメージング印刷機で版に画像を形成する場合、画像形成装置の印刷面と光学系の間の距離は、最適な結果を得るために非常に正確に保たれなければならない。しかし、例えば、運転中の機械の振動によって、印刷面と画像形成レーザの間隔が目標距離からずれるようになる。画像形成結果の品質がこの目標距離からのずれにどの程度大きく依存するかは、特に、レーザビームの品質と選択されたビームパラメータとによる。一般に、目標距離からのずれによって、ビームパラメータに応じて、予め設定された所定の寸法よりも大きいか小さい、変形した印刷点が生じる。さらに、ずれが非常に大きい場合には、レーザビームが、印刷面のいかなる位置でももはや画像形成を開始できないほど大きく広がるので、印刷点は印刷面上にもはや生成されない。
【０００３】
米国特許明細書第５，７６４，２７２号には、レーザ画像形成装置用のオートフォーカスシステムが開示されている。このシステムは、レーザと、画面に焦点が合ったビームを形成する相応の光学系とを備えている。像面から反射される光に特有の信号が、レーザビームの焦点を、この特有の信号に応じて像面に合せることができるように、フォトダイオードによって生成される。したがって、レーザの像面と画面の密接な関係が、このレーザの相応の光学系によって生じる。画像形成装置の焦点をずらすために、レーザ、相応する光学系、または像面を移動させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなオートフォーカスシステムは、限られた範囲でのみ迅速に動作できる。例えばレーザ光学系を作動させるときには、無視できない程度の加速を迅速に行い、正確な位置決めを行い、そして再び迅速に制動しなければならない。例えば、印刷面の下方の汚れや、紙粉の粒や、印刷面の折り曲げなどによって生じるような、高い頻度で起きる障害に対して、このようなシステムが要する復旧時間は長すぎる。したがって、これは、画像形成のエラーになることが多い。マルチチャンネルシステム、すなわち複数の平行なレーザビームを有する画像形成装置では、結像用光学系全体が移動させられるので、通常、各レーザビーム全てを正確に調整できるわけではない。言い換えれば、同時に発生する全レーザビームの、目標距離からのずれが全体で最小になるように妥協しなければならない。一般に、結像用光学系の移動によって動作する機械式のオートフォーカスシステムの構造は、技術的に費用がかかり、相応の設置空間が必要となり、比較的に高いコストの原因となる。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、結像用光学系と印刷面との間の距離の変動を補償するために、例えば結像用光学系のような装置部品を機械的に動かすことなく、可変の画像の形成を行える、印刷面に対し相対的に動かされる少なくとも１つのレーザビームを用いて印刷面に点状に画像を形成する装置を、自由に使えるようにすることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的は、請求項１の特徴を有する装置によって、また、請求項６または８に記載の、少なくとも１つのレーザビームを用いて印刷面に画像を形成する方法によって達成される。
【０００７】
通常、画像形成装置の結像用光学系は、焦点、すなわちレーザビームの直径が最小になる面が、目標距離で印刷面の表面上に正確に位置するように調節される。レーザと印刷面の間隔の目標距離からのずれは、印刷面上のビーム直径を大きくする結果となり、これによって、レーザの出力および焦点直径のパラメータがいかに調節されるかに応じて、印刷点が大きくまたは小さくなる。印刷面とレーザの間の実際の距離は、目標値と比較できるように、検出器によって検出される。画像形成を行うレーザ出力は、目標値からのずれに応じて大きくなるか、または小さくなる。レーザ出力を大きくすると、画像形成の閾値を越えるエネルギを印刷面上に付与するスポットの寸法が大きくなるので、印刷点は大きくなる。これとは逆に、レーザ出力を小さくすると、画像形成の閾値を越えるエネルギを印刷面上に付与するスポットの寸法が小さくなるので、印刷点は小さくなる。
【０００８】
印刷点の大きさを変える他の方策として、露光時間を適切に延ばすかまたは短かくすることも含まれる。出力を変えることと露光時間を変えることとを組み合わせることも同じく可能である。
【０００９】
本発明の装置によって、距離のずれに基づいて印刷点が大きくなったり小さくなったりするのを補整できる。つまりレーザ出力を変更可能にすることによって、許容できる画像形成結果が得られるように印刷点の寸法の適正化を行うことができる。すなわち、印刷点の大きさは可変である。必要なレーザ出力または露光時間の値は、計測された距離から算出できる。この機能は、例えば、画像形成される、印刷点の見本を、レーザ画像形成用の時間的に連続したパルス列に変換する網目スクリーン発生装置で実現できる。テーブル、いわゆる検索テーブルが、必要な値がその場で即座に自由に使えるように、前段階において、関数に示される関係によって作成されて記憶されていることが好ましい。
【００１０】
本発明の有利な他の構成では、印刷面に点状に画像を形成する装置は、同時に露光を行う複数のレーザビームを有する。この場合、個別に制御可能なダイオードレーザアレイが特に有利である。レーザによって書き込まれた各印刷点の大きさは可変であり、他の印刷点の大きさには無関係なので、このダイオードレーザアレイの個々の各レーザについて出力または画像形成時間を変えることができ、この結果、許容可能な画像形成結果を得ることが可能である。
【００１１】
本発明は、必要な移動部品が公知のオートフォーカスシステムよりも非常に少なく、したがって不具合に対して非常に迅速に対応できる。さらに本発明では、オートフォーカスのない装置よりも明らかに良好な画像形成結果が得られる。本発明では、一体型のコンパクトな画像形成装置の実現が明らかに容易になる。これはより低コストにつながる。
【００１２】
このような装置は、点状に画像を形成する印刷ユニットもしくは印刷機の内部または外部で用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１では、印刷面に点状に画像を形成するレーザのスポットの寸法の例が示されている。このレーザビームは、強度が最大である光学軸１０に沿って広がっている。このレーザビームは焦点１２において最も細くくびれている。画像形成はこの点で行われることが好ましい。すなわち、焦点１２は、レーザの、印刷面に対する目標距離を規定している。レーザビームは、焦点１２の前の点１４でも焦点１２の後の点１６でも拡がっている。ライン１８は、レーザビームのスポットの境界の例を、拡散方向に沿う位置の関数として示したものである。焦点１２では、領域１１０内で、画像形成の閾値である強度よりも強い強度が得られる。レーザビームの拡散によって、焦点１２の前後においては、送られるエネルギが通過して流れる断面積がより大きくなるので、画像形成の閾値である強度を超える強度が存在する領域は小さい。レーザの強度が一定に保たれている場合、これによって、画像形成の閾値を越える領域１１２が生じる。レーザの、印刷面に対する実際距離１１４が短かくされた場合には、画像が形成される領域１１６は、強度が一定に保たれている場合に得られる領域１１２よりも大きい。したがって、本発明では、画像形成の閾値である強度を越える領域がより大きくなるように、レーザの強度が強められる。そうすれば、領域１１８全体で閾値の強度を越える。そして、実際距離１１４では、閾値の強度が領域１１６内全体で得られる。
【００１５】
図２は、印刷面に対するレーザビームの相対的な移動による印刷点の生成について示している。レーザビームは、印刷面２０上にスポット２２で当たる。このレーザは、領域２４内全体で画像形成の閾値である強度を越えるように、印刷面２０上を走査させられる。好適な実施形態では、レーザは２つの異なる半軸を備える楕円形のガウスレーザビームである。この場合、スポットの長径（ｗ_x）２６は、通常、移動方向に直交する。スポットの短径（ｗ_y）２８は移動方向に沿っている。このような装置によって、印刷点の幅ｄ_x２１０と印刷点の高さｄ_y２１２を然るべく予め設定できるので、ラインのみならず点についても、書き込みが可能である。
【００１６】
図３（ａ）、３（ｂ）、および３（ｃ）には、異なるレーザパラメータで書き込まれた印刷点の境界線の例が示されている。すなわち、画像形成の閾値である強度を越える面が示されている。図３（ａ）には、幅がｄ_x＝９．３マイクロメートルとｄ_y＝１０．６マイクロメートルである印刷点の境界線ｆが示されている。境界線ｆを有する、図示されたこの印刷点は、楕円形のレーザビームによって、スポットの直径がｗ_x＝８．０マイクロメートルとｗ_y＝６．０マイクロメートルである焦点内に形成される。同様に、レーザ出力が一定に保たれる場合に、目標距離から１００マイクロメートルだけずらされて生じた印刷点の境界線ｕが示されている。その幅ｄ_xは８．５マイクロメートルであり、その高さｄ_yは９．８マイクロメートルである。レーザ波長は約８３０ナノメートルであり、回折率Ｍ²は１．１である。焦点に対するこの距離の場合、スポットは、ｗ_x，ｗ_yがそれぞれ８．８マイクロメートル、７．７マイクロメートルである。図３（ａ）には、本発明の装置によって得られる印刷点の境界線ａが示されている。焦点から１００マイクロメートル離れた与えられた実際距離で、幅ｄ_xが９．４マイクロメートルで高さｄ_yが１０．７マイクロメートルの印刷点を形成するために、レーザの出力が１０％だけ強められる。レーザ波長８３０ナノメートルと回折率Ｍ²＝１．１は他の２つの場合と同様に選択される。
【００１７】
本発明の装置によると、印刷点は大きさを可変に形成できる。図３（ｂ）には、出力の適正化によって印刷点を小さくすることができるかが例示されている。ラインの書き込みのために最適化された小さい出力によって、幅ｄ_xが８．１マイクロメートルで高さｄ_yが９．５マイクロメートルの印刷点の境界線ｉが形成される。この実際距離も、レーザの焦点内で、目標距離から１００マイクロメートルだけずれている。ここで、スポットの直径は、ｗ_x＝８．８マイクロメートルとｗ_y＝７．７マイクロメートルである。
【００１８】
図３（ｃ）には、露光時間を長くすること、すなわちレーザ照射を時間的に継続することにより、印刷点がｘ方向にもｙ方向にも大きくなることが例示されている。境界線ｆとｕ（それぞれ、焦点内の露光と、焦点から１００マイクロメートル外側での露光である）のそばには、露光が時間的に１０マイクロ秒から１１マイクロ秒に延長されて形成された印刷点の境界線ｖが示されている。このようにして形成された印刷点は、幅ｄ_x＝９．５マイクロメートルとｄ_y＝１０．８マイクロメートルを有する。この生成されたレーザビームのパラメータは、図３（ａ）にも示された境界線ｕを有する印刷点を形成するレーザビームの場合と同じである。
【００１９】
図３（ａ）、３（ｂ）、および３（ｃ）に示された一連の図は、印刷面への点状の画像形成が、レーザ出力または露光時間が変更可能なことによって印刷点の大きさが可変の少なくとも１つのレーザビームを用いて実現されることを例示している。印刷面とレーザ焦点との間の距離の変化は、オートフォーカスシステムで一般的であるように、結像用光学系の移動、レーザ自体の移動、または印刷面の移動の代わりに、レーザ出力を適性化することによって補償される。
【００２０】
図４には、回転可能な胴上にある印刷面に画像を形成する、本発明の好適な実施形態が示されている。このような実施形態は、特に印刷ユニットまたは印刷機において実現できる。レーザ光源４０は、胴４６上にある印刷面４８の画点４１０に結像用光学系４４を用いて結像されるレーザビーム４２を生成する。胴４６は対称軸の周りを回転可能である。この回転は双方向矢印Ｂによって示されている。レーザ光源４０は、胴４６の対称軸に平行に、双方向矢印Ａが付けられている直線経路上を動くことができる。画像形成のために、印刷面４８を有する胴４６は回転方向Ｂに回転し、レーザ光源４０は並進方向Ａに胴４６に沿って移動する。これによって、胴４６の対称軸のまわりの螺旋状の経路上での画像形成が行われる。画点４１０の経路はライン４１２によって示されている。距離計４１４は、画点４１０の印刷面４８に到達するビーム４１６を放射する。これによって、画像形成に用いられる画点４１０を生成するレーザ光源４０の、印刷面４８に対する距離についての必要な情報を得ることができる。距離計４１４は、データおよび／または制御信号の交換用の接続線４２０によって、必要なレーザ出力を計算する装置４２２に接続されている。必要なレーザ出力または露光時間を計算する装置４２２は、接続線４２４によって、特にレーザ出力を決定できるレーザ制御装置４２６に接続されている。データおよび／または制御信号は、接続線４２８によってレーザ制御装置４２６とレーザ光源４０との間を伝達される。
【００２１】
本発明の好ましい実施形態では、レーザ制御装置４２６はさらに接続線４３０によって機械制御装置４３２に接続されている。
【００２２】
本発明の有利な他の構成では、レーザ光源４０は、個々のレーザが別々に制御できるレーザダイオードアレイから構成される。したがって、大きさが可変な複数の印刷点によって同時に画像形成を行える。個々の各印刷点について、レーザ焦点に対する印刷面の実際位置の、目標位置からのずれは、変更可能なレーザ出力または露光時間によって補償できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザビームのスポットの大きさの例を示す図である。
【図２】印刷面に対するレーザビームの相対的な移動による、印刷面上での印刷点の生成について示す図である。
【図３】図３（ａ）、３（ｂ）、３（ｃ）は、様々なレーザパラメータで書き込まれた印刷点の例を示す図である。
【図４】本発明の装置による印刷面の画像形成を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ 光学軸
１２ 焦点
１４ 焦点の前の点
１６ 焦点の後の点
１８ ライン
２０，４８ 印刷面
２２ スポット
２４ 領域
２６ スポットの長径ｗ_x
２８ スポットの短径ｗ_y
４２ レーザビーム
４０ レーザ光源
４４ 結像用光学系
４６ 胴
１１０，１１２ 閾値を越える領域
１１６ 画像形成領域
１１８ 領域
１１４ 実際距離
２１０ 印刷点の幅ｄ_x
２１２ 印刷点の高さｄ_y
４１０ 画点
４１２ ライン
４１４ 距離計
４１６ ビーム
４２０，４２４，４２８，４３０ 接続線
４２２ 計算装置
４２６ レーザ制御装置
４３２ 機械制御装置
Ａ，Ｂ 双方向矢印
ａ，ｆ，ｉ，ｕ，ｖ 境界線

Claims (8)

1. 印刷面に対し相対的に動かされる、レーザ焦点を有する少なくとも１つのレーザビームを用いて、前記印刷面に点状に画像を形成する装置であって、
   前記印刷面上の画点の大きさを変えるために、レーザ光源（４０）と、前記画点（４１０）に対する前記レーザ光源（４０）の距離の関数でレーザ出力または露光時間を変えるレーザ制御装置（４２６）とを備えている画像形成装置において、
   前記画点（４１０）に対する前記レーザ光源（４０）の距離を求める距離計（４１４）を備えており、
   前記距離計（４１４）は前記レーザ制御装置に接続されており、
   前記印刷面と前記レーザ焦点との間の距離の変化が、前記レーザ出力または前記露光時間を調整することによって補償される
   ことを特徴とする画像形成装置。
2. 前記レーザ光源（４０）はレーザダイオードである、請求項１に記載の画像形成装置。
3. 前記レーザ光源（４０）は、複数の印刷点に同時に画像を形成する、空間的に互いに隔たった複数のレーザビーム（４２）を生成する、請求項１または２に記載の画像形成装置。
4. 前記レーザ光源（４０）は、個々に制御可能なレーザダイオードアレイである、請求項１から３のいずれか１項に記載の画像形成装置。
5. 拡散軸に直角な２つの空間方向に、場所に応じた強度分布で、かつ一定の発散のレーザビーム（４２）を生成するレーザ光源（４０）を設けるステップと、
   印刷面（４８）を前記レーザ光源（４０）から離して設けるステップと、
   前記レーザ光源（４０）から所定の距離だけ離れた前記印刷面（４８）の露光を行うステップと、
   前記印刷面（４８）上の画点（４１０）の大きさを変えるために、レーザ制御装置（４２６）によって、前記印刷面上の前記画点（４１０）からの前記レーザ光源（４０）の距離に応じてレーザ出力または露光時間を変更するステップと、
   を含む、レーザ焦点を有する少なくとも１つのレーザビームを用いて印刷面に点状に画像を形成する方法において、
   前記レーザ制御装置に接続されている距離計（４１４）によって前記画点（４１０）に対する前記レーザ光源（４０）の距離を求めるステップと、
   前記レーザ出力または前記露光時間を調整することによって、前記印刷面と前記レーザ焦点との間の距離の変化を補償するステップと、
   を含むことを特徴とする画像形成方法。
6. 前記レーザ出力または前記露光時間を変更することによって、前記印刷面（４８）上の前記画点（４１０）の大きさを所定の値になるように調節する、請求項５に記載の方法。
7. 印刷ユニットにおいて、請求項１から４のいずれか１項に記載の画像形成装置を少なくとも１つ有することを特徴とする印刷ユニット。
8. 印刷機において、請求項７に記載の印刷ユニットを少なくとも１つ有することを特徴とする印刷機。

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