KR100336054B1 - 일정크기의화상스폿을생성하기위한다이오드펌프식시스템및방법 - Google Patents

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Abstract

화상 형성 장치에 사용되는 펌프식 레이저 크리스털은 통상 1 % 내지 100 % 범위의 듀티 사이클의 스펙트럼에 걸쳐, 즉 매 100번째 화소(pixel)에서부터 매 연속적인 화소까지 범위의 인쇄 밀도로부터 도트 크기의 변화를 최소로 하기 위하여 설계 및 탑재된다.

Description

일정 크기의 화상 스폿을 생성하기 위한 다이오드 펌프식 시스템 및 방법{DIODE-PUMPED SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING IMAGE SPOTS OF CONSTANT SIZE}
본 발명은 디지털 인쇄 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 디지털 제어식 레이저 출력을 사용하여 리소그래픽 프린팅 부재 온- 또는 오프-프레스의 화상을 형성하기 위한 시스템에 관한 것이다.
오프셋 리소그래피에서, 인쇄 가능한 화상은 잉크가 흡수되는 (친유성의) 그리고 잉크가 흡수되지 않는 [소유성(疏油性)의] 표면 영역의 패턴으로서 인쇄 부재 상에 존재한다. 일단 이러한 영역에 도포되면, 잉크는 원본과 사실상 똑같이 화상 패턴으로 기록 매체에 효율적으로 전사된다. 건식 인쇄 시스템은 잉크가 직접 도포되는 것을 허용하기 위하여 잉크에 친화력이 없는 잉크를 잘 흡수하지 않는 부분을 갖는 인쇄 부재를 사용한다. 인쇄 부재에 균일하게 도포된 잉크는 화상 패턴에서만 기록 매체로 전사된다. 전형적으로, 인쇄 부재는 차례대로 종이 또는 다른 기록 매체에 화상을 만드는 블랭킷 실린더(blanket cylinder)라 불리는 가요성을 갖는 중간 표면에 우선적으로 접촉하도록 한다. 전형적인 시트 공급 프레스 시스템에서, 기록 매체는 이를 블랭킷 실린더에 접촉하게 하는 인쇄 실린더에 핀으로고정된다.
습식 리소그래픽 시스템에서, 화상이 형성되지 않는 영역은 친수성 영역이고, 필요한 잉크 반발성은 잉크로 인쇄하기에 앞서 습한 [또는 "저장된(fountain)"] 용액을 플레이트에 초기에 도포함으로써 제공된다. 잉크 점착성의 저장된 용액은 잉크가 화상이 형성되지 않는 영역에 점착되는 것을 방지하지만, 화상이 형성되는 영역의 친유성에는 영향을 주지 않는다.
프레스가 하나 이상의 색으로 인쇄하는 경우에, 각각의 색에 대응하는 개별 인쇄 부재가 필요하다. 원본의 화상은 그에 대응하는 인쇄 가능한 색의 기여도를 각각 반영하는 일련의 화상 패턴 또는 "분리부"로 분해된다. 인쇄 부재의 위치가 조정되어서 상이한 부재에 의해 인쇄된 색의 구성 요소는 인쇄된 복사본 위의 레지스터에 있게 될 것이다. 각 인쇄 부재는 보통 "플레이트" 실린더 상에 (또는 그와 일체로) 장착되고, 프레스 상의 특정 색과 관련된 한 세트의 실린더는 인쇄 스테이션으로 통상 불린다.
종래의 인쇄 기술에서 직면하는 성가신 사진 현상, 플레이트-마운팅 및 플레이트-인쇄 정합 조작을 피하기 위하여, 기술자들은 디지털 형태로 화상 패턴을 저장하고 플레이트 상에 직접 패턴을 인가하는 다른 전자 장치들을 개발해 왔다. 컴퓨터 제어에 따른 플레이트 화상 형성 장치는 다양한 형상의 레이저를 포함한다. 예를 들어, 미국 특허 제5,351,617호 및 제5,385,092호는 화상 패턴에서 하나 이상의 리소그래픽 인쇄 블랭크 층을 제거하여 사진 현상 없이 곧 바로 잉크 인쇄할 수 있는 부재를 만들기 위하여 낮은 동력의 레이저 방출을 사용하는 제거 가능한 기록시스템을 개시하고 있다. 이러한 시스템에 따라서, 레이저 출력은 다이오드로부터 인쇄 표면으로 안내되고 그 표면 위에 (또는, 바람직하게는 통상 표면층 아래에 놓여질 레이저 제거에 가장 민감한 층 위에) 초점이 맞추어진다. 다른 시스템들은 도너(donor)로부터 수용 시트로 재료를 전달하게 하고, 제거 불가능하게 기록하기 위하여, 또는 포토 마스크(photomask) 또는 음화(negative)를 통하여 전체 노출에 대한 포인트 방식의 대안으로서 레이저 에너지를 사용한다.
'617 및 '092 특허에 서술된 바와 같이, 레이저 출력은 멀리 떨어져서 생성될 수 있고 광섬유 및 초점 렌즈 조립체에 의해 기록 블랭크로 전달될 수 있다. 기록 블랭크 상에 방사 광선의 초점을 맞출 때, 충분한 초점 깊이, 즉 기록 표면상에 완전한 초점에서 허용될 수 있는 편차를 유지하는 것은 중요하다. 적절한 초점 깊이는 화상 형성 장치의 구조 및 사용에 있어서 중요하고, 작업 초점 깊이가 작을수록, 통상의 사용에 수반될 수 있는 장치의 이동으로 인하여 미세한 기계적 조정에 대한 필요성과 성능 저하에 대한 취약성이 증가한다. 초점 깊이는 출력 비임의 발산을 최소로 유지함으로써 최대로 할 수 있다.
유감스럽게도, 렌즈가 보정되는 방사 광선의 광도를 변화시킬 수 없기 때문에, 비임의 발산을 감소시키는 광학 효과는 동력 밀도를 또한 감소시키고, 렌즈는 광학 경로를 바꿀 수 있을 뿐이다. 따라서, 광학 보정은 초점 깊이와 동력 손실 사이에 고유의 대가 관계를 나타낸다. 1996년 7월 8일에 출원된 미국 특허 출원 제08/676,470호(발명의 명칭 : 다이오드 펌프식 레이저 시스템 및 방법)는 사실상 적은 비임 발산을 갖지만 거의 동등한 동력 밀도를 갖는 레이저 방사 광선을 방사하는 레이저 크리스털을 광학적으로 펌핑하도록 반도체 또는 다이오드 레이저의 발산 출력을 이용하는 해결책을 개시하고 있으며, 상기 레이저 크리스털은 발산하는 유입 방사 광선을 고광도를 갖는 단일 모드의 출력으로 변환시킨다.
레이저 크리스털의 출력은 화상 형성 기능을 수행하기 위하여 기록 매체의 표면상에 초점이 맞추어진다. 제거 타입 시스템에서, 비임은 레이저 방사 광선에 응답하여 휘발되도록 설계된 기록 재료의 "제거 층" 상에 초점이 맞추어지며, 더욱이 레이저 비임의 초점 깊이는 허용되는 편차의 정도를 제공한다. 전사 타입 시스템에서, 비임은 전사층 상에 초점이 맞추어진다. 본 명세서에 사용된, "플레이트" 또는 "부재"라는 용어는 잉크 및/또는 잉크통의 용액에 상이한 친화력을 나타내는 영역에 의해 형성된 화상을 기록할 수 있는 인쇄 부재 또는 표면의 어떤 타입에 관한 것이고, 적절한 형상은 인쇄 프레스의 플레이트 실린더 상에 장착되는 종래의 평면의 또는 굴곡진 리소그래픽 플레이트를 포함하지만 (예를 들어, 플레이트 실린더의 롤 표면인) 시임이 없는 실린더, 무단 벨트 또는 다른 장치를 또한 포함할 수 있다.
실제 화상 형성 장치는 화상 형성 도트(imaging dot), 즉 레이저에 의해 기록 재료 상에 생성되는 스폿(spot)이 일정한 크기의 선명하고 불연속적이며 통상 둥근 형상으로 나타나도록 고주파의 구형파인 동력 펄스에 거의 즉각 응답하는 레이저를 필요로 한다. 도트는 전형적인 인쇄 분해능을 얻기 위하여 매우 가깝게 이격된 간격에서 또한 인쇄되어야 하고, 또는 기록 공간이 브랭크로 남겨져야 한다. 비록 '470 출원이 일정 한계 내에서 펄스의 폭을 변화시켜서 화상 형성 도트의 크기를 제어할 수 있음을 개시하고 있지만, 도트의 크기는 도트가 인쇄되는 밀도에 따라 변할 수 있다는 것이 알려져 왔다. 듀티 사이클이라는 용어는 레이저 방사 광선을 실제로 수용하는 화상 형성 영역 내의 화소 위치의 백분율을 (즉, 레이저 크리스털이 작동되는 주파수를) 말한다. 듀티 사이클이 클수록, 디지털 인쇄 시스템에서 그레이 스케일의 밀도 또는 색조가 화소 밀도의 변화에 의해 얻어지기 때문에, 그 결과 색은 더 어두워진다.
만일 도트 크기가 듀티 사이클에 따라 변한다면, 도트 크기가 밀도에 또한 영향을 주기 때문에, 색 밀도에 대한 일정한 눈금 조정을 얻는 것은 불가능할 것이다. 예를 들어, 만일 도트가 낮은 듀티 사이클에서 더 작다면, 낮은 화소 밀도에서 화상이 형성되는 영역은 기대하는 것보다 더 밝게 인쇄될 것이다. 그리고, 문서는 복잡한 패턴으로 짜여질 수 있는 변화하는 밀도의 영역을 포함하기 때문에, 이러한 문제는 변화하는 도트의 크기를 보정하기 위해 화소 밀도를 변화시킴으로써 간단히 해결할 수는 없다.
새로운 장착 및 조율 방법의 사용을 통하여, 본 발명은 (통상 1 % 내지 100 %의 영역인, 즉 100개의 화소마다 하나씩 있는 인쇄 밀도에서 연속적으로 있는 화소까지의) 듀티 사이클의 스펙트럼에 걸쳐서 도트 크기의 변화를 거의 제거한다. "화상 형성"이라는 용어는 통상적으로 인쇄 플레이트의 친화력 특성에 대한 영구적인 변경을 말하고, 양호한 실시예에서, 화상 형성은 (제거 타입 플레이트에서) 기록 층을 제거하는 것을 의미하고, (전사 타입 플레이트에서는) 도너 재료를 수용체 시트로 전사하는 것을 의미한다.
비록 본 발명의 양호한 실시예가 리소그래픽 인쇄 부재의 레이저 화상 형성을 포함하고 있으나, 이는 다양하고 상이한 종류의 그래픽 아트 구조체를 포함하는 레이저 기록 시스템의 폭 넓은 종류에 유용하게 적용된다.
양호하게는 실시예는 (예를 들어, 미국 특허 제5,339,737호 및 제5,379,698호에서뿐만 아니라 '617 및 '092 특허에서도 개시된 바와 같이) 제거되는 인쇄 부재의 화상 형성을 위하여 IR, 양호하게는 거의 IR에 가까운 영역에서 방사하는 펌핑 공급원으로서 적어도 하나의 레이저 장치를 이용하거나, 또는 [예를 들어, 1995년 1원 23일 출원된 미국 특허 출원 제08/376,766호(발명의 명칭 : 열 비제거 방출에 의한 리소그래픽 인쇄 부재의 레이저 화상 형성을 위한 방법 및 장치)에 개시된 바와 같은] 전사 타입 인쇄 부재를 이용한다. 펌프식 레이저는 (통상 반도체 레이저로 불리고 갈륨 알루미늄 비화물 또는 갈륨 알루미늄 인듐 화합물에 전형적으로 근거한) 전형적인 솔리드 스테이트 디바이스(solid-state device)이고, 이들은 명백히 경제적이고 편리하며, 다양한 기록 매체와 관련하여 사용될 수 있다. 거의 IR에 가까운 방사 광선의 이용은 유기 및 무기 흡수 화합물, 특히 반도체 및 도체의 넓은 범위의 사용을 용이하게 한다.
본 발명의 새로운 기술을 올바로 평가하기 위하여, 펌핑된 크리스털이 레이저를 발하게 하는 장치를 인식하는 것이 중요하다. 적절한 크리스털은 통상 "열적 렌징(thermal lensing)" 재료의 평평한 단일체이고, 하나의 단부면에 전달된 광학 동력은 (입사 펌핑 방사 광선의 영역에서) 상기 면과 그 대향면이 굴곡된 방식으로 비껴나가게 하고, 레이저 출력의 반사 특성을 자가 증강하는 데 용이한 공명기 공동을 생성한다. 비록 열적 렌징이 크리스털이 레이저를 발하는 데 필요하지만, [공명 작용과 관계없는 전체 크리스털의 다량의 렌징(bulk lensing) 뿐만 아니라] 과도한 열적 렌징은 다중 출력 모드뿐만 아니라 비효율적인 작동을 일으킨다. 부드러운 화상 형성 스폿을 생성하기 위하여, 회절 제한된 공급원의 모드에 가능한 가까운 출력 발산과 함께 작동의 단일 횡단 모드[양호하게는 가장 낮은 정도의 기초적인 TEM00모드, 예를 들어 가우스의 비임 형상(Gaussian beam profile)]를 얻는 것이 바람직하다.
지금까지 알려진 도트의 크기 변화의 한 공급원은 열 관리가 불충분하다. 펌핑된 크리스털 의해 방사된 에너지가 펌핑 공급원으로부터 생성된 입사 에너지보다 항상 작기 때문에, 통상 열이 생성되고, 만일 열이 제거되지 않는다면 이러한 열은 과도한 렌징에 기여한다. 전형적으로, 크리스털은 플루오르 실리콘과 같은 접착제에 의하여 열전도성 (보통은 금속) 마운트 내에 접합된다. 그러나, 열팽창 및 열전달 계수가 중합 접착제 및 금속 마운트와 매우 상이하기 때문에, 열은 크리스털로부터 멀리 불량하게 전도된다. 더욱이, 상이한 팽창률은 접착제와 마운트 사이의 불완전한 접촉을 발생시킬 수 있고, 게다가 열 제거를 나쁘게 한다.
또한, 접착제는 크리스털의 외부 에지에만 전형적으로 도포된다. 크리스털 면들은 통상적으로 마운트의 벽에 대하여 위치하여 있다. 더욱이, 열 전도성이 일치하지 않기 때문에 열 전달이 감소된다.
따라서, 제1 태양에서, 본 발명은 레이저 크리스털을 마운트와 사실상 일치하는 열팽창 및 열전달 계수의 재료를 사용하여 마운트에 부착함으로써 종래의 장착 장치를 개선한다. 양호한 실시예에서, 레이저 크리스털은 대형의 횡방향 크기의 리세스 내에 수용되고, 그 결과 생성된 빈 영역은 적절한 열적 특성을 갖는 땜납으로 충전된다. 더욱이, 크리스털의 적어도 한 면은 마운트의 접촉된 부분과 열적 적합성을 제공하기 위하여 금속화된다.
제2 태양에서, 레이저 크리스털의 두께는, 즉 레이저 공동의 깊이는 듀티 사이클이 변할 때 스폿 크기의 변화를 최소로 하기 위하여 선택된다. 비록 레이저를 발하게 하는 공명 작용의 필요성이 수용할 수 있는 두께의 범위를 사실상 제한하지만, 그럼에도 불구하고 이상적인 두께가 (또는 작은 영역 내의 두께가) 상기 영역 내에 존재한다. 이상적인 두께로부터의 편차는 스폿 크기와 듀티 사이클 사이의 관계를 보다 명백하게 이끈다.
제3 태양에서, 크리스털의 도핑 수준(doping level)이 이러한 관계에 영향을 미친다는 것 역시 알려져 왔다. 레이저 크리스털은 네오디움(Nd)과 같은 희토류 원소로 통상 도핑되고, 이러한 원소는 YVO4, YLF 또는 YAG와 같은 크리스털 기판 내에 매립될 때 실제로 적절한 여기 상태로 레이저를 발하게 한다. 또 다시, 수용 가능한 도펀트(dopant)의 농도 범위는 효과적인 레이저 성능의 필요성에 의해 제한되지만, 이상적인 농도는 (또는 작은 범위의 농도는) 보통 확인될 수 있다.
본 발명의 제4 태양은 광학 장치와 관련된 크리스털용 하우징 구조체에 관한것이다. 크리스털 마운트는 열 결합된 초점 요소 내에 수용된 통상의 원통형 하우징일 수 있다. 결합될 때, 이러한 구성 요소들은 크리스털을 보유하고 방열을 제공하고, 초점 요소 내에 고정된 렌즈는 펌핑 방사 광선이 크리스털 면 위를 향하게 한다. 펌프식 레이저로부터 생성된 방사 광선은 레이저에 직접 연결함으로써 또는 보다 전형적으로는 광섬유 케이블을 통하여 초점 요소에 도입된다. 펌핑된 크리스털에 의해 방사된 방사 광선은 크리스털 마운트를 빠져 나와 배럴부(barrel segment)를 지나가서, 기록 구조체에 인가를 위한 낮은 개구수(NA)의 방사 광선의 초점을 맞추는 광학 장치에서 종결된다. 하우징 구조체의 요소는 그 속에 보유된 작동 구성 요소들 사이의 적절한 광학적 및 기계적 관계를 성립시키기 위하여 함께 끼워 맞춰진다.
관련된 태양에서, 본 발명은 펌핑 공급원으로부터 광섬유 케이블 내에 결합된 레이저 동력의 양을 향상시키기 위한 방법을 제공하고, 따라서 레이저 크리스털을 여기시키는 데 유용하다.
하우징은 기록 헤드 내에 통상 장착되는데, 이는 일정하게 이격된 간격으로 이러한 다중의 조립체들을 포함한다. 제어기는 기록 헤드와 기록 매체 사이의 상대 이동을 발생시켜서, 표면상에 레이저 또는 레이저들을 효과적으로 주사(scanning)하고, 플레이트의 선택된 점 또는 영역에 인접한 위치에서 이들을 활성화시킨다. 제어기는 상기 헤드로부터 방사된 다수의 비임에 의해 그리고 적절한 분해능[예를 들어, 단위 길이당 화상 점(image point)의 수]에 의해 결정된 거리로 인쇄 부재를 가로질러 또는 인쇄 부재를 따라서 각각 통과한 후에 기록 헤드를 인덱싱한다. 레이저 활성화의 패턴은 화상 신호에 의해 결정되어, 제어기에 제공되고 플레이트 상에 복사된 원본의 문서 또는 그림에 대응하여, 그 원본의 정밀한 음 또는 양의 화상을 생성한다. 화상 신호는 컴퓨터에 비트맵 데이터 파일(bitmap data file)로 저장된다. 이러한 파일들은 래스터 화상 처리기(raster image processor; RIP) 또는 다른 적절한 수단에 의해 생성될 수 있다. 예를 들어, RIP는 프린트 플레이트 상에 전사되기 위하여 필요한 모든 특징들을 정의하는 페이지 디스크립션 언어(page-description language)로 또는 페이지 디스크립션 언어와 하나 이상의 화상 데이터 파일의 조합으로 입력 데이터를 받아들일 수 있다. 비트맵은 스크린 주파수 및 각도뿐만 아니라 색조를 형성하기 위하여 구성된다. 본 발명의 구성 요소는 프레스 상에 위치될 수 있고 이 경우 화상 형성된 플레이트는 즉시 인쇄할 준비가 되어 있으며, 또는 독립형의 플레이트 메이커 [또는 "플레이트세터(platesetter)"] 상에 위치될 수 있고 이 경우 화상 형성된 플레이트는 제거되어 프레스로 수동으로 전달된다.
어떤 초점 장치의 설계에 있어서 하나의 어려운 문제점은 비임이 플레이트 표면에 부딪히는 위치가 비트맵에서 특정된 x, y 위치에 물리적으로 대응하도록 비임을 2차원 정렬하는 것이다. 적절한 정렬이 자동적으로 만들어지는 정밀한 끼워 맞춤으로 하우징 및 기록 헤드를 제조하는 것은 제작 및 조립에 상당한 비용을 필요로 한다. 그 대신, 도1에 도시된 바와 같은 장치가 사용되어 왔다. 여기에 도시된 바와 같이, 광섬유 케이블(10)은 자유로이 회전할 수 있는 나사식 칼라(14)를 포함하는 SMA (또는 그와 유사한) 커넥터 패키지(12)에서 종결된다. 초점조립체(16)는 후드(14)와 결합된 나사식 슬리브(18)와, 제1 관형 하우징부(20)와, 제2 하우징부(22)를 포함한다. 슬리브(18)는 너트(24)에 의해 하우징부(20)에 고정 장착되고, 하우징부(20)에 대해 중심에서 벗어난 곳에 위치된다. 바꾸어 말하면, 슬리브(18)의 중심축은 내부벽(31)을 갖는 하나의 연속된 보어(30)를 형성하는 하우징부(20, 22)의 중심축에 대해 반경 방향으로 이동되어 있다. 하우징부(20, 22)는 서로에 대하여 회전 가능하게 되어 있으나, 한 쌍의 너트(26, 28)에 의해 원하는 비틀림 방향으로 잠길 수 있다. 하우징부(22)는 그 말단에 한 쌍의 초점 렌즈(32, 34)를 포함한다.
슬리브(18)가 축에서 벗어나 위치하기 때문에, 케이블(10)로부터의 비임은 보어(30)의 중심을 통하여 지나갈 수 없고, 비임 축은 보어(30)의 중심축에 대해 항상 이동 유지되고, 하우징부(20, 22)의 회전은 광학 축 또는 비임 축의 각도 위치를 이동시킨다. 이러한 구조의 이유는 도2에 도시되어 있다. 완전하게 장착된 초점 조립체(16)가 x, y 축의 원점을 지나는 중심축을 갖는다고 가정하자. 이러한 완전함이 실제로 달성되기에는 많은 비용이 들고 매우 어렵다. 따라서, 대표적인 초점 조립체(16)의 중심축(40)이 도시된 바와 같이 원점에 대하여 이동되어 있다고 가정하자. 장착시 편심으로 인하여, 도면에서 42로 도시된 바와 같이, 비임은 보다 더 많이 변위될 것이다. 그러나, 하우징부(20, 22)의 상대 회전은 비임을 알맞게 (예를 들어, y축을 자르는) 수평 정렬시키고, 단순한 시기 조정이 그 결과의 수직 오프셋 값을 보상하기 위하여 통상 사용될 수 있다. 예를 들어, 비임이 회전하는 인쇄 부재의 표면상에 초점이 맞추어져 y축을 따라서 상대 이동이 발생하는 드럼 형상에서, 유효 원점은 레이저 활성화 시기를 선행 또는 지연시켜서 단순히 이동시킬 수 있고, 만일 화상 형성 도트가 원점 위에 기록된다면 레이저 제어기는 레이저를 방사하기 전에 인쇄 부재 상의 실제 원점이 비임의 오프셋 위치와 인접한 곳에 도달하도록 기다린다.
많은 응용에 적당한 한편, 그럼에도 불구하고 앞서 말한 설계는 특정 설계에서는 단점을 보여준다. 보어(30) 내로 방사된 완전히 중심이 맞는 레이저 비임도 발산하고 내부벽(31)을 타격할 수는 있으나, 초점면에 다양한 직경의 고스트 반사(ghost reflection)가 생성된다. 출력선이 보다 일찍 벽(31)을 타격하기 때문에, 광학 축의 편심은 이러한 문제를 악화시키고, 그 결과 추가의 상호 작용이 발생된다. 실제로는, 비임의 분광이 축에서 떨어진 방출에도 불구하고 중심축을 통하여 적절한 에너지를 확보하기에 충분해야 하기 때문에, 이러한 반사는 상당히 피하기 어렵다. 여전히 추가의 상호 작용은 보어(30) 내로 그리고 하우징부(20)의 후면 벽의 내부면에서 떨어져 되돌아가는 비임의 반사의 결과로 발생한다. 이러한 모든 상호 관계의 비대칭은 셰도우잉(shadowing) 및 고스트 반사를 발생시키고, 그의 궁극적인 결과는 정렬하는 동안에 다른 것들 사이에서 부정확한 동력 판독을 일으키는 초점면에서 불필요한 의사 에너지이다.
(전체 내용이 여기에서 참조로 사용되는, 1996년 2월 16일 출원된) 미국 특허 출원 제08/602,881호(발명의 명칭 : 레이저 방출 화상 형성용 장치와 이를 사용하기 위한 초점 맞춤 요소)에 개시된 다른 장치는 수평 비임 변위를 보정하기 위해 광학 장치를 이용하는데, 즉 초점 렌즈는 축에서 떨어져서 초점이 맞춰질 수 있어서, 비임 경로는 다소 중심에서 떨어지고 수평 변위는 렌즈의 회전을 통하여 달성된다. 물론, 이러한 배치에는 전문적인 광학 기술이 필요하다.
본 발명의 제6 태양에 따르면, 하우징은 반경 방향으로 변위된 (즉, 편심 배치된) 보어를 갖는 카트리지를 포함한다. 비임 초점 광학 장치는 비임 경로에 영향을 주지 않는 카트리지 내에 끼워 맞춰지는데, 즉 비임은 초점 광학 장치를 통하여 축 상에 머물러서, 종래의 렌즈들이 사용될 수 있다. 원통형 카트리지는 기록 헤드 내에 수납되고, 하우징/카트리지 조립체의 그에 대한 회전은 카트리지 보어의 반경 방향 편심으로 인한 수평 비임 변위를 발생시킨다.
본 발명은 인쇄 이외의 환경에서 유용하게 적용된다. 고주파의 시준(視準)된 레이저 비임을 필요로 하는 사실상의 어떤 응용 분야는 여기에서 서술된 다양한 해결책으로 이익을 얻는다. 이러한 응용 분야는 절단, 납땜, 의학 치료 등의 분야를 포함한다.
도1은 종래의 초점 장치의 부분 절결 정면도.
도2는 정 위치로부터의 빔 변위의 수정을 설명하는 도면.
도3은 전형적인 환경에서 실시된 본 발명의 기본 구성 요소를 설명하는 개략도.
도4는 종래의 레이저 크리스털 장치에서 듀티 사이클에 대한 스폿(spot) 크기의 변화를 도시한 그래프.
도5a는 본 발명에 따른 코팅되고 금속화된 레이저 크리스털의 등각도.
도5b는 도5a에 도시된 크리스털의 단부도.
도6은 도5a 및 도5b에 도시된 크리스털을 지지하고 크리스털 상에 방사 광선의 초점을 맞추기 위한 2개의 부분으로 구성된 마운트의 일부가 절결된 분해 평면도.
도7은 도6에 도시된 2개의 부분으로 구성된 마운트를 모든 구성 요소가 체결된 상태로 도시된 부분 절결 평면도.
도8은 도6에 도시된 크리스털 및 크리스털 하우징의 단부도.
도9는 전체 하우징 및 초점 조립체의 분해 평면도.
도10은 도9에 도시된 조립체를 모든 구성 요소가 체결된 상태로 도시된 부분 절결 평면도.
도11은 본 발명에 따라 얻어진 듀티 사이클에 대한 스폿 크기의 변화를 도시한 그래프.
도12는 본 발명의 변경 실시예를 도시한 분해도.
도13a 및 도13b는 각각 도12에 도시된 렌즈 하우징의 정면도 및 단면도.
도13c는 도13a에서 선 13C-13C를 따라 취한 하우징의 또 다른 단면도.
도14a, 도14b 및 도14c는 각각 도12에 도시된 크리스털 하우징의 분해도, 단부도 및 단면도.
도15는 크리스털 하우징과의 체결 상태를 도시한 렌즈 배럴부의 분해도.
도16은 도12에 도시된 보유 카트리지의 단부도.
도17은 도12에 도시된 조립된 구성 요소의 단면도.
도18은 (예를 들어 광섬유 케이블 위에 구비된) 펌핑 공급원(pumping source)과 레이저 크리스털 사이의 분극 정도에 대한 출력 동력의 변화 상태를 도시한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
50 : 기록 매체
60 : 레이저
65 : 제어기
75 : 레이저 크리스털
77: 발산 감소 렌즈
79 : 초점 렌즈(focusing lens)
90 : 렌즈
우선 도3에서는, 본 발명이 적용될 수 있는 환경의 기본적 구성 요소가 개략적으로 도시되어 있다. 리소그래픽 플레이트 블랭크(lithographic plate blank) 또는 다른 그래픽 아트 구조체와 같은 기록 매체(50)는 화상 처리 중에 지지부에 부착되어 있다. 도시된 실시예에서, 상기 지지부는 기록 매체를 감싸는 실린더(52)이다. 만일 필요하다면, 실린더(52)는 종래의 리소그래픽 프레스의 설계에 간단히 합체되어, 프레스의 플레이트 실린더로서의 역할을 한다. 실린더(52)는 프레임 내에 지지되고 표준 전기 모터 또는 다른 통상의 수단에 의해 회전된다.실린더(52)의 각도 위치는 검출기(55)에 합체된 축 엔코더에 의해 모니터된다. 아래에서 서술되는 본 발명의 광학 구성 요소는 어미 나사(lead screw) 상에서 이동하기 위해 기록 헤드 내에 장착될 수 있고 회전 시에 기록 매체(50)를 가로지르는 바아 조립체를 안내할 수 있다. 기록 헤드의 축 방향 이동은 각각이 실린더(52)를 지나간 후에 어미 나사를 회전시키고 기록 헤드를 인덱싱하는 스테퍼 모터(stepper motor)의 회전에 의해서 발생된다.
화상 주사(imagewise scan)를 이루기 위해 기록 매체(50)를 타격하는 화상 형성 방사 광선은 하나 이상의 펌프식 레이저 다이오드(60)에서 발생된다. 아래에서 설명되는 광학 구성 요소들은 작은 형상으로서 전체 레이저 출력을 기록 매체(50) 상에 집광(集光)시켜서, 높은 유효 출력 밀도가 생성된다. 레이저(60)의 출력 슬릿(69)이 기록 매체(50)에 대향하는 적절한 지점에 도달할 때 제어기(65)는 레이저 구동기(67)가 화상 형성 버스트(imaging burst)를 생성하도록 작동하고, '470 출원에서 언급한 바와 같이, 레이저(60)는 스위칭 시간을 최소화하기 위하여 비화상 형성 에너지 수준을 기준선에 유지시킬 수 있다. 구동기는 양호하게는 각 펄스가 예를 들어 100만분의 1초 정도의 단위를 갖는 비교적 짧은 초당 적어도 40,000개의 레이저 구동 펄스를 생성할 수 있는 펄스 회로를 포함한다.
제어기(65)는 2개의 공급원으로부터 데이터를 수용한다. 레이저 출력에 관한 실린더(52)의 각도 위치는 검출기(55)에 의해 일정하게 모니터되어, 그 위치의 지시 신호를 제어기(65)에 제공한다. 더욱이, (컴퓨터와 같은) 화상 데이터 공급원(70)은 데이터 신호를 제어기(65)에 또한 제공한다. 화상 데이터는 화상 스폿이기록되는 기록 매체(50) 상에 점들을 형성한다. 그러므로, 제어기(65)는 기록 매체(50)의 주사중 적절한 시기에 적절한 레이저 구동기를 작동시키기 위하여 [검출기(55)에 의해 기록되는 바와 같이] 레이저(60) 및 기록 매체(50)의 순간 상대 위치를 화상 데이터와 상호 관련시킨다. 이러한 구성을 이루는 데 요구되는 구동기 및 제어 회로는 스캐너 및 플로터 분야에서 이미 공지되어 있고, 적절한 설계가 '092 특허 및 미국 특허 제5,174,205호에 서술되어 있고, 이들 둘에 대해서는 본 발명과 함께 소유권을 갖고 여기에서 참고로 사용된다.
레이저(60)의 출력은 레이저 크리스털(75)을 펌핑하고, 크리스털(75)의 방출은 기록 매체(50)에 실제로 도달한다. 일련의 렌즈(77, 79)는 레이저(60) 출력을 크리스털(75)의 단부면(85) 상에 집광시킨다. 방사 광선은 빠져나갈 때 레이저(60)의 슬릿(69)을 분광시키고, 슬릿 에지에서 발산한다. 통상적으로, 도3에 도시된 짧은 또는 "빠른" 축을 따르는 [개구수(numerical aperture) 또는 NA로 표현되는] 분광은 주요한 내용이고, 이러한 분광은 발산 감소 렌즈(77)의 사용으로 감소된다. 그 바람직한 형상은 본질적으로는 적절한 직경의 글래스 로드 단편(glass rod segment)인 완전한 실린더형 렌즈이나, 반구형 단면을 갖는 렌즈와 같은 또는 빠르고 느린 축 모두를 수정하는 다른 광학 구성 요소가 유리하게 사용될 수 있다.
초점 렌즈(focusing lens; 79)는 렌즈(77)로부터 방사된 방사 광선을 레이저 크리스털(75)의 단부면(85) 상에 초점을 맞춘다. 렌즈(77, 79)들 사이의 광학 통로는 직접 또는 광섬유를 통하여 대신 발생할 수 있다. 렌즈(79)는 (예를 들어,'881 출원에서 보여주는) 양 비구면 렌즈(bi-aspheric lens)일 수 있다. 통상적으로, 단부면(85, 87)은 펌핑 공급원으로부터 발생된 것 외에 방사 광선의 유입을 제한하는 거울 코팅(mirror coating)을 갖고, 출력 방사 광선을 막는다. 이런 식으로, 2개의 코팅은 가상 방사 광선의 유입을 방지하는 동안 레이저 증폭의 내부 반사 특성을 용이하게 한다. 일 실시예에서, 각 면(85, 87)은 1064 ㎚ (출력) 방사 광선의 99.8 % 이상의 반사와 808 ㎚ (입력) 방사 광선의 95 %의 투과를 생성하는 HR 코팅과 1064 ㎚ 방사 광선의 95 %(±0.5 %)의 반사와 808 ㎚ 방사 광선의 95 % 이상의 투과를 생성하는 R 코팅을 구비한다.
고도로 시준된 크리스털(75)의 낮은 개구수의 출력은 (도시된 바와 같은) 평철 렌즈 또는 다른 적절한 광학 장치일 수 있는 렌즈(90)에 의하여 기록 매체(50)의 표면 (또는 적절한 내부층) 위에 최종적으로 초점이 맞추어진다. 레이저, 레이저 크리스털 및 광학 구성 요소는 단일의 길게 연장된 하우징 내에 통상 지지된다. 기록 매체(50)는, 예를 들어 화상 형성층의 제거를 통하여 크리스털(75)에 의해서 또는 도너로부터 수용체 시트(acceptor sheet)로 재료의 비제거식 전사에 의해서 방출된 화상 형성 방사 광선에 응답한다.
레이저 크리스털(75)의 기능은 레이저(60)로부터 에너지의 과도한 손실 없이 낮은 개구수의 레이저 출력을 생성하고, 본질적으로, 손실 에너지는 초점 심도와 관련한 비용을 증가시키게 된다. 통상적으로, 크리스털(75)은 (비록 반드시는 아니지만) 양호하게는 "열적 렌징" 재료의 평평한 단일체이고, 단부면(85)에 전달된 광학 동력은 면(85, 87)이 굴곡되는 형태로 편향되도록 하여, 레이저를 발하는 데용이하게 하는 공명기 공동을 형성한다. 부드러운 화상 스폿을 형성하기 위하여, 회절 제한된 공급원의 모드에 가능한 가까운 출력 발산으로 작동의 단일 횡단 모드(양호하게는 가장 낮은 정도의 기초적인 TEM00모드)를 얻는 것이 바람직하다.
상술된 장치에서 종래에 작동되는 레이저 크리스털의 작용이 도4에 도시되어 있다. 그래프(100)는 2 ㎜ 두께에 5 %의 농도로 농축된 Nd:YVO4크리스털에 있어서 듀티 사이클에 대한 스폿 크기의 변화를 도시한 그래프인 한편, 그래프(102)는 1 ㎜ 크리스털에 대한 상기 변화를 도시한다. 양 경우에 있어서, 스폿의 크기는 낮은 듀티 사이클에서 사실상 변화를 갖고 나머지 영역에서는 점진적으로 변한다. 이러한 변화는 인쇄된 색조를 (일관된 스폿 크기에 대해) 기대하는 바에 상당히 비례하여 변화시키기에 충분하다.
본 발명의 전형적인 실시예의 구성 요소와 이들이 도3에 개략적으로 도시된 장치에 적용될 수 있는 방식은 도5 내지 도10에 도시되어 있다. 우선, 도5a 및 도5b에 도시된 바와 같이, 레이저 크리스털(175)은 거울 코팅(185, 187)으로 부분적으로만 코팅되고, 거울 코팅의 폭(W)은 펌핑 공급원에서부터 발생된 광선보다 사실상 크지만, 모든 입사 광선 에너지는 레이저를 발하는 데 기여한다. 크리스털(175)은 한 쌍의 금속 필름 지주부(195, 200)를 형성하기 위하여 코팅(185) 측면으로 금속화된다. 지주부(195, 200)는 크리스털(175) 상에 진공 침전될 수 있고, 300Å의 침전된 크롬 및 2400Å의 침전된 금으로 구성될 수 있다. 크리스털 출력의 편광의 평면은 P로 도시되어 있다.
도6에 도시된 바와 같이, 크리스털(175)은 (후술되는 바와 같이) 크리스털(175)이 부착되는 리세스(230)를 갖는 전방면(228)을 포함하는 크리스털 하우징 카트리지(225) 내에 수용된다. 카트리지(225)는 집광 렌즈(concentrating lens; 240)를 또한 보유하는 렌즈 하우징(235) 내에 수용된다. 렌즈 하우징(235)의 전방부는 제2 정지벽(stop wall; 252)에 의해 부분적으로 종결되는 보다 작은 제2 원통형 채널(250) 내로 유도하는 개방된 중앙 구멍을 갖는 정지벽(247)에 부분적으로 종결되는 원통형 채널(245)을 포함한다. 정지벽(252) 뒤에 정지된 보다 작은 동심의 원통형 부분은 종방향 보어(255) 내로 연장된다. 렌즈 하우징(235)의 후방부는 표준 SMA 커넥터와 결합하기 위하여 구성된 외부 나사를 갖는 관형 스템(260)을 포함한다. 방사 광선을 펌핑하는 공급원은 SMA 커넥터 내에서 종결되는 광섬유 케이블로 향하고, 이러한 커넥터가 스템 위에 나사 결합될 때 광섬유는 보어(255)와 결합된 폭이 가장 좁은 원통형 부분을 채널(250)에 접근시키기 위하여 보어(255)를 통하여 연장된다.
도7에 도시된 바와 같이, 렌즈(240)는 채널(250) 내에 수용되고 정지벽(252)에 부착되며, 크리스털(175)은 리세스(230) 내에 수용된다. 카트리지(225)는 렌즈 하우징(245)의 채널(250) 내에 수용되어 카트리지(225)의 전방면(228)이 렌즈 하우징(235)의 정지벽(247)에 접촉하도록 만든다. [도7에서, 전방면(228)은 내용의 명확성을 위하여 정지벽(247)으로부터 다소 변위된 채로 도시되어 있다.] 이러한 형상에서, 렌즈(240)는 인입되는 펌핑 방사 광선을 (도5a 및 도5b에 도시된) 지주(195, 200)가 정지벽(247)에 기계적으로 접촉되는 정도로 정지벽(247)에 대하여 보유되는 크리스털(175)의 전방면 상에 초점을 맞춘다. 하우징(225, 235)은 양호하게는 OFHC 동과 같은 금속으로 제조된다.
이제 도8에서, 카트리지(225)의 전방면(228) 및 크리스털(175)이 거기에 위치되는 방법을 상세히 도시한다. 전방면(228)은 리세스(230)를 제외하고는 통상 평평하다. 중심 종방향 보어(280)는 리세스(230)에서 시작되어 카트리지(225)를 통하여 연장된다. 리세스(230)는 지지 선반(285)을 형성하기 위하여 보어(280) 아래에서 종결되고, 보어(280)에 대하여 다소 오프셋 되어, 선반(285) 및 리세스(230)의 우측 에지에 부딪치는 크리스털(175)의 에지와 함께 빈 공간이 크리스털(175) 위와 좌측에서 리세스(230) 내에 존재한다.
사실상 연속된 열전달을 할 수 있는 방법으로 크리스털(175)을 카트리지(225)에 부착하기 위하여, 크리스털(175)은 선반(285) 및 리세스(230)의 수직 에지에 인접한 크리스털(175)의 2개의 코너 에지를 가지고 리세스(230) 내에 놓여져서, 크리스털(175)은 보어(280)로의 입구 위에서 사실상 중심에 놓인다. 리세스(230) 내의 빈 공간은 하우징(225)과 유사한 정도의 열팽창 및 열전달 계수를 갖는 땜납으로 충전된다. "유사한 정도"란 10 % 이내, 양호하게는 5 % 이내를 의미하고, 절대적인 의미에서, 땜납의 열팽창은 사용 중에 땜납에 의한 전체적인 팽창이 크리스털이 취급할 수 있는 전단 변형의 양을 넘지 않아야만 한다. 크리스털(175)로부터 카트리지(225)의 외부까지의 연속적인 열전달 경로의 결과로서, 열은 크리스털(175)로부터 계속적으로 그리고 유효하게 방산(放散)되어, 과도한 열적 렌징 및 다량의 렌징을 피하여 스폿 크기의 변화를 줄일 수 있다.
특히 OFHC 동 하우징과 관련하여, 땜납은 인듐 또는 인듐/금과 같은 합금 또는 바이메탈에 기초한다. 이와 달리, 납/주석 합금이 사용될 수도 있다. 땜납은 종래의 염료 결합 기술을 사용하여 적용되고, 화학 에칭에 의해 표면이 세척된다. 하우징(225, 235)들이 결합될 때까지, 모든 표면들은 양호하게는 산화 작용을 막기 위하여 불활성 가스의 환경에 유지시킨다.
이제 도9 및 도10에서는, 본 발명에 따른 완전한 초점 및 하우징 조립체(300)를 도시하고 있다. 조립체(300)는 광섬유 케이블(305)에서부터 [도시되지 않았으나, 조립체(300)의 출력 단부 뒤에 배치된] 인쇄 부재의 화상 표면까지 방사 광선을 안내한다.
도면에 도시된 바와 같이, 광섬유 케이블(305)은 관형 스템(260) 상에 나사로 체결되는 나사 가공된 칼라(310)를 포함하는 SMA 커넥터 조립체(310)에서 종결된다. 이격자(spacer; 315)는 (단순화를 위해서 도9에 도시되지 않은) 집광 렌즈(240)로부터 광섬유 케이블(305)의 출력면(320)을 분리하는 적정한 거리를 보장하기 위하여 구비될 수 있다. 크리스털(175)이 카트리지(225) 내에 고정 장착되고 크리스털(175)이 렌즈 하우징(235) 내에 수용됨으로써, 하우징(235)은 제1 배럴부(325) 내에 수용된다. 렌즈 하우징(235)은 너트(330)에 의해 배럴부(325)에 고정 장착되고, (예로써, '881 출원에 서술된 바와 같이) 기계적 정렬을 용이하게 하기 위하여 카트리지(225)의 보어(280)에 관하여 중심에서 벗어나 위치될 수 있다. 배럴부(325)는 제2 배럴부(335) 내에 동심으로 수용되고, 그 단부까지 사실상 연장된다. 부분(225, 235)은 이격 슬리브(340) 및 너트(345)에 의해서 결합되고, 만일필요하다면 전체 조립체는 대기중이나 순환수에 의해서 냉각될 수 있다.
예를 들어, '881 출원에서 서술된 바와 같은 초점 및 보정 렌즈(350)는 부분(335)의 단부에 고정 장착되는 보유 캡(355) 내에 탑재된다. 캡(355)은 렌즈(350)를 노출시키고 [도10에 도시된 바와 같이, 부분(335) 내에 완전히 수용될 때 실제로 렌즈(350)를 둘러싸는] 부분(325)보다 작은 직경을 갖는 창(360)을 포함한다. 렌즈(350)는 O-링(365)에 의해 캡(355) 내에 보유될 수 있다.
부분(325, 335)의 모든 내부 표면은 양호하게는 반사를 방지하기 위하여 [예를 들어, 에브놀 "C" 블랙(Ebnol "C" black)으로] 검게 만든다.
앞에서 언급한 바와 같이, 크리스털(175)의 두께가 레이저 공동의 깊이를 결정하기 때문에 이러한 변수는 듀티 사이클이 변할 때 스폿 크기의 변화에 또한 영향을 주고, 두꺼운 크리스털은 높은 정도의 열 및 다량의 렌징을 견뎌서, 높은 출력 변화를 가져온다. 예를 들어, Nd:YVO4크리스털이 가장 적합한 것으로 알려져 왔다.
크리스털의 도핑 수준을 최적화 하는 것 또한 스폿 크기의 변화를 감소시킨다. 전형적으로, 적절한 레이저 성능에 필요한 최소의 도핑 수준이 이상적인 것으로 알려져 있다. Nd:YVO4크리스털에서 1 % 이하의 도핑 수준은 레이저를 발하기 위해서는 불충분한 에너지 변환을 제공하지만, 1 % 내지 1.12 % 범위의 수준은 스폿 크기의 변화를 최소로 하면서 레이저를 발하는 데 용이하다고 알려져 있다.
도11은 2개의 상이한 형태의 거울 코팅을 갖는 1 %로 도핑된 0.75 ㎜ 두께의Nd:YVO4레이저 크리스털을 사용하여, 전술된 열로 결합된 장착 조립체의 결합 효과를 도시한다. 곡선(400)은 단일 패스 코팅(single-pass coating)의 효과를 도시하고, 스폿 크기의 변화는 듀티 사이클의 전체 영역에 걸쳐 1 ㎛ 내에서 유지된다. (이에 관한 목적으로, 평균 또는 목표 스폿 크기의 2 % 내의 스폿 크기의 영역은 사실상 일정한 스폿 크기로 간주된다.) 곡선(402)은 2중 패스 코팅(double-pass coating)의 사용이 15 % 이하의 듀티 사이클 영역에서 스폿 크기의 변화를 증가시키고 그 이상의 듀티 사이클에서 스폿 크기의 변화가 약 1 ㎛ 내에서 또한 유지되는 것을 보여준다.
다른 하우징 장치는 도12 내지 도17에서 도시된다. 통상 도12에 도시된 바와 같이, 장치는 렌즈 하우징(500)과, 크리스털 하우징(502)과, 초점 배럴부(504)와, 컬릿(collet)에서 종결되고 컬릿 너트(510)에 의해 배럴부(504)에 고정 장착된 보유 카트리지(506)를 포함한다.
렌즈 하우징(500)의 요소는 도13a 내지 도13c에서 상세히 도시되어 있다. 하우징(500)의 전방부는 (예로써, 비구면 렌즈인) 집광 렌즈(527)가 수용되는 원통형 채널(525)을 둘러싸는 칼라(520)를 갖는다. 채널(525)은 종방향 보어(532) 내로 연장된 보다 작은 제2 원통형 채널로 유도하는 개방된 중심 구멍을 갖는 정지벽(529)에서 종결된다. 채널(525) 내에 수용될 때, 렌즈(527)의 외부 여유부는 칼라(520) 위에 압력 끼워 맞춤된 캡(540)에 의해 차례로 고정 장착된 탄성 중합체의 O-링(537)에 의해 정지벽(529)에 대하여 보유된다.
렌즈 하우징(500)의 후방부는 (도13b에 도시된) 외부 나사를 갖는 관형 스템(534) 또는 광섬유 케이블 커넥터를 수용하기 위한 다른 장착 하드웨어를 포함한다. 이러한 커넥터가 스템(534)에 부착될 때, 광섬유는 채널(525)로부터 보어를 분리하는 보다 작은 원통형 채널에 접근하기 위하여 보어(532)를 통하여 연장된다.
하우징(500)은 다양한 정렬 및 장착 요소를 수용하기 위한 추가의 구멍을 포함한다. 특히, 제2 종방향 보어(545)는 보어(532)로부터 반경 방향으로 배치되고 하우징(500)의 본체를 통하여 연장된다. 보어(545)는 (도12에 도시된) 세트 나사(547)를 수용하고 이러한 목적을 위해 일련의 내부 나사를 포함한다. (도13c에 도시된) 2개 이상의 종방향 보어(550a, 550b)들은 (후술되는 바와 같이) 크리스털 하우징(502)과 결합된 한 쌍의 정렬핀을 수용하기 위해 하우징(500)의 본체를 통하여 연장된다. 최종적으로, 측면 보어(552)는 하우징(500)을 통하여 측방으로 연장되지만 중심축으로부터 변위되어, 보어(550a, 532)들 사이에서 (이에 수직으로) 형성된다. 도12에서, 측면 보어(552)는 잼 칼라(jam collar; 555) 및 잼 너트(jam nut; 557)를 수용하고, 잼 칼라는 매끈한 내부를 갖고 잼 너트는 내부 나사를 갖는다. 칼라(555) 및 너트(557) 각각은 외부 경사부를 갖는다. 정렬핀이 채널(550a, 550b)들을 통하여 연장된 상태로, 칼라(555)는 보어(552)의 상부로 유입되고 너트(557)는 보어의 하부로 유입된다. 캡 나사(560)는 칼라(555)를 지나서 너트(557)에 나사 체결된다. 나사가 단단히 체결될 때, 칼라(555) 및 너트(557)의 경사부는 보어(550a)를 통과하는 정렬핀에 대하여 조여진다. 나사(56)의 체결에 앞서, 세트 나사(547)는 렌즈 하우징(500)과 크리스털 하우징(502) 사이에서 원하는 변위를 정하기 위하여 조절된다.
도14a 내지 도14c에서, 크리스털 하우징(502)이 보다 상세하게 도시되어 있다. 크리스털 하우징(502)은 추가의 리세스(574)를 포함하는 채널(572)을 제외하고 통상 평평한 전방면(570)을 갖는다. 앞에서 도8과 관련하여 서술된 바와 같이, 리세스(574)는 지지 선반을 포함하고 [만일 필요하다면, 예비 형성 크리스털 마운트(578) 및] 크리스털(576)을 수용한다.
하우징(502)은 은못 핀(dowel pin; 582a, 582b)을 각각 수용하는 한 쌍의 대향 위치된 리세스(580a, 580b)를 또한 포함한다. 이는 전술한 정렬핀들로 이용되고, 면(570)을 넘어 돌출된 핀(582a, 582b)들의 일부분은 렌즈 하우징(500)의 보어(550a, 550b)들 내에 수용된다. 도14c의 평단면도에서 가장 잘 도시된 바와 같이, 리세스(574)에서의 개시부는 하우징(502)의 전방면으로 연장된 채널(587) 내로 연장되기 전에 하우징(502)을 통하여 어느 정도까지 연장된 종방향 중심 보어(585)이다.
도15는 크리스털 하우징(502)과 결합되는 렌즈 배럴부(504)의 구성 요소를 도시한다. 특히, 배럴부(504)는 후면 단부에 견부(592)를 형성하기 위해 연장된 목부(neck segment; 590)를 갖는다. 목부(590)는 크리스털 하우징(502)의 채널(587) 내에 완전히 그리고 단정하게 끼워지고, 목부(590)가 완전히 수용된 상태로 견부(592)는 크리스털 하우징(502)의 전방면(594)에 접한다.
종방향 보어(600)는 배럴부(504)를 통하여 완전히 연장되고, 배럴부(504)의 전방 단부를 형성하는 칼라(602)에서 종결된다. 종래의 비구면 렌즈일 수 있는 초점 렌즈(604)는 보어(600) 내에 수용되고 칼라(602) 위에 억지 끼워 맞춤된 캡(608)과 탄성 중합체의 O-링(606)에 의해 제자리에 보유된다. 특히 보어(600)에서, 배럴부(504)의 길이는 렌즈(604)의 초점 길이를 따른다.
다시 도12에서, 렌즈 배럴부(504)의 전체 길이는 보유 카트리지(506)를 통하여 형성된 폭이 넓은 종방향 보어(620) 내에 수용된다. 카트리지(506)의 전방 단부는 컬릿을 형성하기 위하여 아치형 부분으로 분할되고, 컬릿 너트(510)를 체결하는 일련의 외부 나사(625)를 포함한다. 따라서, 배럴부(504)가 카트리지(506) 내에 수용된 상태로, 나사(625) 위에 컬릿 너트(510)를 체결하고, 배럴부의 회전 또는 병진 운동을 방지한다.
카트리지(506)의 후방 단부를 도시한 도16에 도시된 바와 같이, 보어(620)는 중심축에 대해 다소 변위되어 있다. 조립체의 모든 구성 요소가 도17에 도시된 바와 같이 연결된 상태로, 조립체는 기록 헤드 내에 끼워지고, 비임이 대향 플레이트 지지부에 대해 그의 적절한 수평 위치에 도달할 때까지 회전되고, 그 다음 조립체는 (예로써, 기록 헤드 내에 위치되고 체결시 조립체의 이동을 방지하는 잠금 수단에 의해) 기록 헤드 내에 고정 장착된다. 이러한 방식으로, (특정 구성 요소보다는) 전체 조립체가 회전되기 때문에, 본 조립체 설계는 모든 구성 요소가 레이저 비임의 수평 배치 중에도 서로 고정 장착 및 유지되는 것을 허용한다.
'881 출원에서, 몇몇 제안들이 레이저로부터 광섬유 케이블로 그리고 궁극적으로는 레이저 크리스털로 전사된 동력을 최대로 하기 위하여 논의되었다. 동력은 광섬유 케이블로부터 방사되는 방사 광선의 편광과 레이저 크리스털의 자연 편광사이의 불일치를 통하여 손실될 수 있다고 알려져 왔다. 이는 도18에서 그래프로 도시되어 있다. 편광판이 정렬될 때, 360도 회전에서 2번째로 발생될 때, 출력은 최대로 된다. 따라서, 광섬유 케이블 커넥터를 출력에 상관없이 렌즈-크리스털 조립체에 체결하는 것을 피하는 것은 바람직하다. 그 대신에, 커넥터는 우선 헐겁게 끼워져야 하고 광섬유로서 (적절한 비임 해석 장비를 사용하여) 측정된 출력이 회전되고, 그 다음 커넥터는 [예를 들어, 도1에 도시된 바와 같이 회전에 의해서 또는, 만일 - 도17에 도시된 바와 같은 ST 커넥터(630)와 같은 - 잠금 커넥터 패키지가 사용되면, 잠금 기구의 체결을 통하여] 부착된다.
그러므로, 지금까지 패키징에 대한 해결책 및 설계가 사실상 펌핑된 크리스털 레이저 성능을 향상시키는 것을 보아왔다. 여기에서 사용된 용어 및 표현은 설명을 위한 용어로 사용된 것이지 한정을 위한 것은 아니며, 또한 이러한 용어 및 표현의 사용으로, 도시되고 서술된 특징 또는 그에 상당하는 어떤 부분을 배제하려는 의도는 아니며, 다양한 변경이 청구된 청구항의 영역 내에서 가능하다는 것을 알 수 있다.
전술된 본 발명의 구성에 의하여, (통상 1 % 내지 100 %의 영역인, 즉 100개의 화소마다 하나씩 있는 인쇄 밀도에서 연속적으로 있는 화소까지의) 듀티 사이클의 스펙트럼에 걸쳐서 도트 크기의 변화를 거의 제거한다.

Claims (27)

  1. 레이저 응답 기록 구조체에 화상을 형성하는 장치에 있어서,
    방사 광선 펌핑 공급원과,
    낮은 분광 방사 광선을 생성시키기 위하여 상기 펌핑 공급원에 응답하는 레이저 크리스털과,
    상기 크리스털로부터 생성된 방사 광선을 기록 표면 상에 초점을 맞추는 수단과,
    스폿의 화상 패턴을 상기 기록 구조체 상에 생성하도록 펌핑 공급원을 작동시키는 수단을 포함하고,
    상기 스폿은 크기와 밀도를 갖고, 상기 스폿의 크기는 인가 밀도의 범위에 걸쳐 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 인가 밀도의 범위가 1 % 내지 100 %이고, 스폿 크기가 2 % 이하로 변화하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 장치가 레이저 크리스털을 지지하는 수단을 더 포함하며, 상기 지지 수단은 열팽창 및 방열 계수를 갖는 열전도성 마운트와, 마운트와 유사한 열팽창 및 방열 계수를 갖고 레이저 크리스털을 마운트에 열 결합하기 위한 결합 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 레이저 크리스털은 마운트에 접촉하는 적어도 2개의 측면을 포함하고, 상기 결합 수단은 마운트에 접촉하기 위한 접촉 측면 중 적어도 하나 위에 배치된 금속 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 마운트는 OFHC 동이고, 상기 금속 필름은 크롬 및 금을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제3항에 있어서, 마운트로부터 열을 전도하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 레이저 크리스털은 마운트에 접촉하지 않는 2개의 측면을 포함하고, 상기 결합 수단은 비접촉 측면을 마운트에 열 결합시키는 땜납을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 마운트는 OFHC 동이고, 상기 땜납은 인듐을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 마운트는 OFHC 동이고, 상기 땜납은 인듐/주석 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 마운트는 OFHC 동이고, 상기 땜납은 납/주석 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 레이저 크리스털은 1 % 내지 1.12 %의 집광된 범위에 존재하는 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 도펀트는 네오디움(Nd)인 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 듀티 사이클이 증가할 때 스폿 크기의 변화가 최소를 나타내는 펌프식 레이저 크리스털 장치를 제조하는 방법에 있어서,
    출력 방사 광선을 생성시키기 위해 펌핑 공급원에 응답하는 레이저 크리스털을 마련하는 단계와,
    크리스털로부터 출력 방사 광선의 방출을 용이하게 하는 수단을 포함하는 레이저 크리스털용 하우징을 마련하는 단계와,
    크리스털로부터 하우징까지 일정한 열 경로를 제공하기 위하여 펌핑 공급원에 크리스털을 노출시킨 상태로 노출 주파수의 범위에 걸쳐 일정하게 유지되는 스폿 크기를 갖는 출력 방사 광선을 생성하는 하우징 내에 크리스털을 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 레이저 크리스털은 노출 주파수의 범위에 걸쳐 스폿 크기의 변화를 최소화하는 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 레이저 크리스털은 출력 방사 광선을 생성하기 위한 최소의 두께를 요하고, 크리스털 두께는 최소의 두께와 같으나 작지는 않은 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 레이저 크리스털은 Nd:YVO4이고 그 두께는 0.75 ㎜인 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제13항에 있어서, 상기 레이저 크리스털은 노출 주파수의 범위에 걸쳐 스폿 크기의 변화를 최소화하는 도핑 수준을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 레이저 크리스털은 출력 방사 광선을 생성하기 위한 최소의 두께를 요하고, 도핑 수준은 최소 수준과 같으나 그보다 작지 않은 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 레이저 크리스털은 Nd:YVO4이고, 도핑 수준은 1 % 내지 1.12 %의 범위인 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 레이저 방사 광선을 시준하고 초점을 맞추기 위한 장치에 있어서,
    방사 광선 펌핑 공급원에 결합하기 위한 리셉터클과,
    입력 측면과 출력 측면을 갖고 낮은 분광 방사 광선을 생성시키기 위하여 펌핑 공급원에 응답하는 레이저 크리스털과,
    레이저 크리스털을 보유하기 위한 수단과,
    리셉터클에 수용된 방사 광선을 레이저 크리스털의 입력 측면 상에 집광시키기 위한 렌즈와,
    크리스털의 출력 측면으로부터 기록 매체 상에 방사되는 방사 광선의 초점을 맞추기 위한 초점 거리를 갖는 초점 렌즈와,
    초점 렌즈의 초점 거리에 의해 결정된 길이를 갖고 레이저 크리스털의 출력 측면과 초점 렌즈 사이에 연장된 배럴부를 포함하고,
    연속적인 광학 통로는 리셉터클과, 집광 렌즈와, 레이저 크리스털 보유 수단과, 배럴부와, 초점 렌즈를 통하여 연장되는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 집광 렌즈는 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제20항에 있어서, 상기 초점 렌즈는 비구면 렌즈인 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제20항에 있어서, 기록 헤드 내에 견고히 끼워 맞춰지도록 형성된 카트리지를 더 포함하며, 상기 카트리지는 관통 중심축을 갖는 긴 본체와, 배럴부를 수용하기 위해 본체를 통하여 종방향으로 연장되고 상기 축으로부터 반경 방향으로 변위된 보어와, 카트리지 내에 수용된 배럴부를 비틀림식으로 잠그기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 비틀림 잠금 수단은 카트리지 위의 컬릿과 그 위에 끼워진 컬릿 너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제20항에 있어서, 상기 리셉터클과, 집광 렌즈와, 레이저 크리스털 보유 수단과, 배럴부와, 초점 렌즈는 그들 사이의 회전 및 병진 운동을 방지하기 위하여 서로 고정된 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제20항에 있어서, 상기 레이저 크리스털을 보유하기 위한 수단은, 열팽창 및 방열 계수를 갖는 열전도성 마운트와, 상기 마운트와 유사한 열팽창 및 방열 계수를 갖고 레이저 크리스털을 마운트에 열 결합하기 위한 결합 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 레이저 방사 광선을 기록 매체 상에 초점을 맞추는 방법에 있어서,
    방사 광선 펌핑 공급원을 마련하는 단계와,
    편광각을 갖는 낮은 분광 방사 광선을 생성시키기 위해 펌핑 공급원에 응답하는 레이저 크리스털을 마련하는 단계와,
    방사 광선을 펌핑 공급원으로부터 레이저 크리스털까지 유도하기 위한 유도 수단을 마련하여, 이 유도 수단으로부터 방사된 방사 광선은 편광각을 갖는 단계와,
    편광각을 정렬하는 단계와,
    크리스털로부터 생성된 방사 광선을 기록 표면 상에 초점을 맞추는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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