NL8902604A

NL8902604A - Laminated-structure-processing method - determining laser beam wavelength from coefft. of absorption of layers

Info

Publication number: NL8902604A
Application number: NL8902604A
Authority: NL
Original assignee: Advanced Prod Automation
Priority date: 1989-10-20
Filing date: 1989-10-20
Publication date: 1991-05-16

Abstract

Laminated structures are processed such as film strip, supporting cards etc, and having layers with different coefficients of absorption for a laser beam forming letters, numbers etc. The beam wavelength is determined by the coeffts. of absorption of the layers to be processed. Where the film strip comprises a blank translucent supporting layer for visible light and a supporting layer for a colour pigment, the wavelength can be between 250 and 400 nm.

Description

Werkwijze en inrichting voor het bewerken van gelamineerde structurenMethod and device for processing laminated structures

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bewerken van gelamineerde structuren, zoals beeldfilmband, gegevens dragende kaarten en dergelijke, welke gelamineerde structuur is voorzien van lagen met onderling afwijkende absorptiecoëfficiënt voor een door een laserbron geëmitteerde stralenbundel, welke stralenbundel een vooraf bepaald vermogen alsmede focussering heeft voor het in een of meer lagen inbrengen van een zodanige warmte-energie in die lagen, dat een structuur- of faseomslag plaatsvindt teneinde alphanumerieke of andere tekens te kunnen aanbrengen.The invention relates to a method for processing laminated structures, such as image film tape, data-bearing cards and the like, which laminated structure is provided with layers with mutually different absorption coefficients for a beam of radiation emitted by a laser source, which beam has a predetermined power as well as focusing has for one or more layers to introduce such heat energy in those layers that a structure or phase change takes place in order to be able to provide alphanumeric or other characters.

Bij een bekende werkwijze van het in de aanhef beschreven type is het noodzakelijk om het specifiek vermogen te sturen door hetzij de stralenbundel met aangepaste snelheid langs de gelamineerde structuur te voeren, hetzij de energie te moduleren. Dit is noodzakelijk om gelijkmatige bewerking van het te behandelen materiaal te verkrijgen. Immers zal door een variatie in de absorptie-eigenschap van betreffende laag meer of minder vermogen uit de stralenbundel worden geabsorbeerd, waardoor ofwel te weinig ofwel te veel qua structuur wordt veranderd in de betreffende laag. Dit leidt tot een onregelmatig aanbrengen van de tekens. De terugkoppeling nodig voor het sturen van het vermogen van de stralenbundel vraagt echter extra maatregelen.In a known method of the type described in the preamble, it is necessary to control the specific power by either passing the beam of radiation along the laminated structure at an adjusted speed or modulating the energy. This is necessary to obtain an even treatment of the material to be treated. After all, due to a variation in the absorption property of the layer concerned, more or less power will be absorbed from the radiation beam, so that either too little or too much structure is changed in the layer concerned. This leads to an irregular application of the characters. However, the feedback required to control the power of the radiation beam requires additional measures.

De uitvinding beoogt een werkwijze te verschaffen, waarbij de terugkoppeling niet meer noodzakelijk is.The object of the invention is to provide a method in which the feedback is no longer necessary.

De werkwijze volgens de uitvinding onderscheidt zich doordat de golflengte van de stralenbundel wordt bepaald afhankelijk van de absorptiecoëfficiënt van de te behandelen laag of lagen.The method according to the invention is distinguished in that the wavelength of the radiation beam is determined depending on the absorption coefficient of the layer or layers to be treated.

De uitvinding berust op het inzicht dat een stralenbundel met bepaalde golflengte door de ene laag gemakkelijk wordt doorgelaten, in de andere laag wordt geabsorbeerd. Door de hoge absorptiecoëfficiënt bij passende golflengte in de te behandelen laag zal veel energie worden geabsorbeerd en zal een structuur- of fase-omslag derhalve plaatsvinden. In de doorlatende laag zal er geen structuur- of fase-omslag plaatsvinden. Dit maakt het proces toepasbaar zonder energiemodulatie en eveneens zonder snelheidsvariatie. Zodoende is de werkwijze aanzienlijk vereenvoudigd en kan de inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze eveneens bijzonder eenvoudig worden uitgevoerd.The invention is based on the insight that a beam of a certain wavelength is easily transmitted through one layer and is absorbed in the other layer. Due to the high absorption coefficient at the appropriate wavelength in the layer to be treated, much energy will be absorbed and a structure or phase reversal will therefore take place. There will be no structure or phase change in the permeable layer. This makes the process applicable without energy modulation and also without speed variation. The method is thus considerably simplified and the device for carrying out the method can also be carried out particularly simply.

Indien meer dan een laag moet worden behandeld dan wordt die golflengte gekozen die voor alle te behandelen lagen een goede absorptie vertoont.If more than one layer is to be treated, then that wavelength is chosen which exhibits good absorption for all layers to be treated.

Indien de werkwijze wordt gebruikt voor het behandelen van beeldfilm-bandmateriaal, bestaande uit een zichtbaar licht doorlatende, blanco drager, en tenminste één kleurpig-ment dragende laag dan verdient het volgens de uitvinding de voorkeur om de golflengte van de stralenbundel te kiezen in een gebied tussen 250 en 400 nm.According to the invention, if the method is used for the treatment of image film-tape material, consisting of a visible light-transmitting, blank support, and at least one color pigment-supporting layer, it is preferable to choose the wavelength of the beam in a range between 250 and 400 nm.

Dankzij de gekozen golflengte in het voornoemde gebied kan het ondertitelen van filmbeelden gemakkelijk reproduceerbaar plaatsvinden, waardoor een stabiel ondertitelingsbeeld ontstaat. Dankzij het "inbrand"-proces ontstaat in dwarsdoorsnede een V-vormige groef, welke bij projectie een donkerom-rande ondertiteling geeft. Dit is van voordeel voor de gemakkelijke leesbaarheid bij lichte filmbeelden. Dit verschijnsel kan gemakkelijk worden bereikt door de gekozen golflengte van de stralenbundel, omdat afwijkingen in de ondertiteling met de werkwijze volgens de uitvinding tot een minimum zijn beperkt.Due to the selected wavelength in the aforementioned range, subtitling of movie images can be easily reproducible, thereby creating a stable subtitle image. Thanks to the "burn-in" process, a V-shaped groove is created in cross-section, which produces subtle edges when projected. This is advantageous for easy legibility in light film images. This phenomenon can be easily achieved by the selected wavelength of the beam, because deviations in the subtitles with the method according to the invention are minimized.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van bovengenoemde werkwijze, welke inrichting is voorzien van een laser plus modulator voor het opwekken van de stralenbundel, een afbuigeenheid voor het in minstens één richting afbuigen van de stralenbundel, alsmede een focusseereenheid voor het convergeren van de stralenbundel, waarbij volgens de uitvinding de laser van het type is dat een stralenbundel met een golflengte opwekt, die in hoge mate in de te behandelen laag van het laminaat wordt geabsorbeerd .The invention further relates to a device for carrying out the above method, which device comprises a laser plus modulator for generating the beam, a deflection unit for deflecting the beam in at least one direction, and a focusing unit for converging of the radiation beam, wherein according to the invention the laser is of the type which generates a radiation beam of a wavelength, which is highly absorbed in the layer of the laminate to be treated.

Wordt de inrichting toegepast voor het bewerken van filmbeelden, dan is de inrichting verder voorzien van een stapsgewijs werkende doorvoereenheid voor het filmmateriaal, waarbij de laser van het type is waarmee een stralenbundel met golflengte tussen 250-400 nm wordt opgewekt.When the apparatus is used for processing film images, the apparatus further comprises a step-by-step film material transfer unit, the laser being of the type generating a beam with a wavelength between 250-400 nm.

Volgens de uitvinding kan de inrichting verder zijn voorzien van een voorverwarmingseenheid voor het opwarmen van het te behandelen laminaat. Voorts kan de inrichting zijn voorzien van een koelagregaat voor het controleren van de warmtehuishouding van de alphanumerieke of andere tekens na het toevoeren van de laserenergie.According to the invention, the device can further be provided with a preheating unit for heating the laminate to be treated. Furthermore, the device can be provided with a cooling unit for checking the heat balance of the alphanumeric or other characters after the supply of the laser energy.

Bovengenoemde en andere kenmerken van de uitvinding zullen nader worden toegelicht in de hieronderstaande figuur-beschrijving van voorbeelden van de werkwijze volgens de uitvinding. In de tekening toont:Above mentioned and other features of the invention will be further elucidated in the figure description below of examples of the method according to the invention. In the drawing shows:

Figuur 1a en b een perspectivisch aanzicht, gedeeltelijk in doorsnede van een tweetal laminaatstructuren, figuur 2 een diagram waarin de transmissie tegen de golflengte bij een gelamineerde structuur is aangegeven, figuur 3 een schematisch aanzicht van de inrichting volgens de uitvinding toegepast bij het behandelen van film-beeldmateriaal, figuur 4 een schematisch aanzicht van het effect bij een ingebrand teken tijdens projectie.Figure 1a and b a perspective view, partly in section, of two laminate structures, figure 2 a diagram showing the transmission against the wavelength in a laminated structure, figure 3 a schematic view of the device according to the invention used in the treatment of film -imagery, figure 4 a schematic view of the effect of a burned-in mark during projection.

De werkwijze en inrichting volgens de uitvinding wordt toegepast bij gelamineerde structuren, zoals aangegeven in figuur 1. Daarbij kan een drager 1 doorlaatbaar zijn van zichtbaar licht volgens fig. 1a respectievelijk ondoorlaat-baar zijn volgens fig. 1b. Op de drager kunnen pigmentlagen of andersoortige lagen zijn aangebracht, waarbij fig. 1a in het bijzonder is bedoeld als filmbeeldmateriaal, waarin een drietal pigmentlagen 2 zijn aangebracht voor de drie hoofdkleuren. in de gelamineerde structuur volgens fig. 1b kan de bovenste laag 3 zonder pigment zijn en bijvoorbeeld geheel doorlaatbaar voor zichtbaar licht. Een dergelijke gelamineerde structuur kan zijn gebruikt voor kaarten met daarop aan te brengen, moeilijk vervalsbare gegevens. De bovenste laag is dan een transparante dek-beschermlaag.The method and device according to the invention is applied to laminated structures, as indicated in figure 1. In this case, a support 1 can be transparent of visible light according to figure 1a or impermeable according to figure 1b. Pigment layers or other layers can be applied to the carrier, wherein Fig. 1a is intended in particular as a film image material, in which three pigment layers 2 are applied for the three main colors. in the laminated structure according to Fig. 1b, the top layer 3 can be without pigment and, for example, completely permeable to visible light. Such a laminated structure may have been used for cards with difficult-to-falsify data to be applied thereon. The top layer is then a transparent cover protective layer.

Met de werkwijze volgens de uitvinding kunnen de lagen 2 zodanig worden "bestraald" dat een structuuromslag plaatsvindt. Dit kan bijvoorbeeld zijn het totaal verbranden respectievelijk verdampen van de lagen 2 in fig. 1af zodat ' een naar buiten open groef 4 ontstaat.With the method according to the invention, the layers 2 can be "irradiated" in such a way that a structure envelope takes place. This can for instance be the total combustion or evaporation of the layers 2 in fig. 1af, so that an outwardly open groove 4 is created.

De tussenlaag 3 in fig. 1b echter kan zodanig zijn "bestraald" dat een structuuromslag in de vorm van kleur ontstaat. Door het bewegen van de straal uit een hieronder nader toe te lichten stralenbron kunnen alphanumerieke of andere i tekens in de gelamineerde structuur worden aangebracht, bijvoorbeeld cijfers en letters. De stralenbundel wordt tot een bepaalde diameter gefocusseerd, waardoor de breedte van de het teken vormende lijn wordt bepaald. De lijn kan hierbij regelmatig worden onderbroken voor het volgen van een volgend i teken.The intermediate layer 3 in Fig. 1b, however, can be "irradiated" in such a way that a structure envelope is formed in the form of color. By moving the beam from a beam source to be further explained below, alphanumeric or other characters can be applied in the laminated structure, for example numbers and letters. The beam is focused to a certain diameter, which determines the width of the sign-forming line. The line can hereby be interrupted regularly to follow a next i character.

Bij het "schrijven" dient de stralenbundel een zodanige tijd de lagen in het laminaat te raken dat de structuuromslag kan plaatsvinden. Een en ander is afhankelijk van het absorptievermogen van de te behandelen lagen en het absorptie-I vermogen is afhankelijk van de mate van kleurpigment in de lagen. Zo kan in een laag het kleurpigment variëren qua sterkte, waardoor deze meer of minder doorlatend wordt voor de betreffende stralenbundel. Meer absorptie betekent meer energie-opname, waardoor meer structuuromslag zou kunnen > plaatsvinden.When "writing", the beam should hit the layers in the laminate such that the texture wrap can occur. All this depends on the absorbency of the layers to be treated and the absorbency depends on the degree of color pigment in the layers. For example, the color pigment can vary in strength in a layer, so that it becomes more or less permeable to the respective beam of radiation. More absorption means more energy absorption, so that more structural change could take place.

Dankzij de uitvinding wordt dit bezwaar geëlimineerd door het toepassen van een stralenbundel met een bepaalde golflengte.Thanks to the invention, this drawback is eliminated by the use of a beam of radiation of a certain wavelength.

Nu is absorptie moeilijk te meten. De totale stralings-) energie valt hoofdzakelijk uiteen in reflectie, absorptie en transmissiecomponenten. Het is gebleken dat de reflectiecom-ponent voor de bovenvermelde toepassingen nagenoeg constant blijft. Zodoende kunnen transmissiediagrammen gebruikt worden om de absorptie te kunnen beoordelen. Hoge transmissie > betekent lage absorptie en omgekeerd.Absorption is now difficult to measure. The total radiant energy is mainly divided into reflection, absorption and transmission components. It has been found that the reflection component remains substantially constant for the above applications. Thus, transmission diagrams can be used to assess absorption. High transmission> means low absorption and vice versa.

Een en ander is nader toegelicht in fig. 2. In deze figuur is op de vertikale as de mate van transmissie van een stralenbundel aangegeven, waarbij op de horizontale as de golflengte in nm van die bundel is uitgezet. Er wordt uitgegaan van een gelamineerde structuur met een basislaag A en vier kleurpigmentlagen B, D, C, E. Uit de figuur blijkt dat tussen een golflengtegebied van 250-400 nm de lagen B, D, C, E de stralenbundel niet doorlaten, terwijl de laag A voor meer dan 80 % de stralenbundel doorlaat. Dit betekent dat elk der lagen B, D, C, E veel meer energie absorbeert dan laag A, waardoor de lagen B, D, C, E kunnen worden behandeld. Er zal daar bij een specifiek vermogen een structuuromslag plaatsvinden. Laag A blijft daarbij onaangetast. Een en ander onafhankelijk van het door de stralenbron afgegeven vermogen en onafhankelijk van de snelheid waarmee de bundel over het laminaat wordt geleid. Energiemodulatie is derhalve niet noodzakelijk en is er kan een vaste "schrijfsnelheid" worden ingevoerd. Hiermee kan nauwkeurig worden vastgesteld hoe de dwarsdoorsnedevorm van de groef 4 in fig. 1a wordt. Dit betekent dat de hellingshoek van de flanken van de groef verandert naarmate meer of minder energie wordt toegevoerd, afhankelijk van de voortbewegingssnelheid van de stralenbundel over het laminaat. Ditzelfde geldt voor de structuuromslag in de laag 3 van fig. 1b waarvan de breedte afhankelijk is van de diameter van de gefocusseerde stralenbundel en de mate van energietoevoer daarin.All this is further elucidated in Fig. 2. In this figure, the vertical axis shows the degree of transmission of a ray beam, the wavelength in nm of that beam being plotted on the horizontal axis. A laminated structure with a base layer A and four color pigment layers B, D, C, E is assumed. The figure shows that between a wavelength range of 250-400 nm, the layers B, D, C, E do not transmit the beam, while the layer A transmits more than 80% of the beam. This means that each of the layers B, D, C, E absorbs much more energy than layer A, allowing the layers B, D, C, E to be treated. A structure change will take place there for a specific capacity. Layer A remains unaffected. All this independent of the power delivered by the beam source and independent of the speed at which the beam is guided over the laminate. Therefore, energy modulation is not necessary and a fixed "write speed" can be entered. This makes it possible to accurately determine how the cross-sectional shape of the groove 4 in Fig. 1a becomes. This means that the angle of inclination of the flanks of the groove changes as more or less energy is supplied, depending on the speed of propagation of the beam across the laminate. The same applies to the structure envelope in the layer 3 of Fig. 1b, the width of which depends on the diameter of the focused beam of radiation and the degree of energy supply therein.

De werkwijze kan in het bijzonder worden toegepast voor het ondertitelen van filmbandmateriaal 5 in fig. 3. De gelamineerde structuur van de filmband is getoond in fig. 1a. De filmband bevat een reeks beelden 6, die ten opzichte van de perforatie 7 een vaste positie hebben.The method can be used in particular for subtitling film tape material 5 in Fig. 3. The laminated structure of the film tape is shown in Fig. 1a. The film tape contains a series of images 6 which have a fixed position relative to the perforation 7.

Op elk beeld dient een titel 8 te worden aangebracht, welke titel op een aantal beelden, bijvoorbeeld honderd, eensluidend moet zijn. Ook de plaats ten opzichte van de perforatie dient gelijk te zijn, waardoor een stabiel beeld bij projectie op het scherm ontstaat.A title 8 must be provided on each image, which title must be uniform on a number of images, for example a hundred. The position in relation to the perforation should also be the same, creating a stable image when projected on the screen.

De inrichting volgens de uitvinding bestaat uit een laserbron 10, welke een stralenbundel 11 opwekt. Deze stralenbundel wordt in de afbuigeenheid 12 zodanig gericht dat daarmee de bundel 11 over het beeldfilmmateriaal kan worden gestuurd. De bundel 11 wordt achter de afbuigeenheid door een focusseereenheid 13 geconvergeerd.The device according to the invention consists of a laser source 10, which generates a beam 11. This beam of rays is directed in the deflection unit 12 in such a way that the beam 11 can thereby be guided over the image film material. The beam 11 is converged behind the deflection unit by a focusing unit 13.

Een stapsgewijs werkend transportorgaan 14 verzorgt een nauwkeurige gelijke stapverplaatsing van de filmband 5.A step-wise transporting member 14 ensures an accurate equal step displacement of the film tape 5.

De afbuigeenheid 12 bestaat uit een of meer spiegels, die zodanig worden gekanteld door een, door een computer gestuurde, stuureenheid, dat de stralenbundel 11 nauwkeurig de te behandelen lagen 2 raakt. De titel kan op een beeld 6 worden aangebracht, na voltooiing waarvan de stapsgewijs werkende transporteenheid 14 een volgend beeld 6 aanbrengt.The deflection unit 12 consists of one or more mirrors, which are tilted by a control unit, which is controlled by a computer, in such a way that the beam 11 touches the layers 2 to be treated accurately. The title can be applied to an image 6, upon completion of which the stepwise transport unit 14 applies a subsequent image 6.

De titel kan worden herhaald waardoor bij projectie van de film 5 de titel onbeweeglijk op het scherm S in fig. 4 wordt geprojecteerd.The title can be repeated, so that when projecting the film 5, the title is projected immobile on the screen S in Fig. 4.

Aangezien de pigmenthoudende lagen op de filmband 5 zijn "weggebrand", zal de dragende laag 1 welke zichtbaar licht ongehinderd doorlaat, een beeld op het scherm S projecteren dat wit opschijnt. Tengevolge van de in dwarsdoorsnede V-vormige gestalte van'de ingebrande groef 4 zal een afbuiging respectievelijk afscherming van het lichtdeel uit de projectiebundel naast het middengedeelte een andere kleur respectievelijk donkere kleur op het scherm S geven. Dit geeft een goed zichtbaar beeld ook bij lichte filmbeelden.Since the pigment-containing layers on the film tape 5 have been "burned away", the support layer 1 which allows visible light to pass through unobstructed will project an image on the screen S which shines white. Due to the cross-section V-shaped shape of the burned-in groove 4, a deflection or shielding of the light part from the projection beam next to the middle part will give a different color or dark color on the screen S. This gives a clearly visible image even with light film images.

Het kan de voorkeur verdienen om de inrichting volgens fig. 3 uit te breiden met een toestel 20 voor het toevoeren van warmte, welke dient voor het opwarmen van het bandmateriaal 5. Dit kan bijdragen aan de hogere snelheid voor het aanbrengen van de alphanumerieke of andere tekens bij elk beeld 6.It may be preferable to extend the device of Figure 3 with a heat supply device 20 which serves to heat up the tape material 5. This may contribute to the higher speed of applying the alphanumeric or other characters for each image 6.

Voorts kan een toestel 21 voor het afvoeren van warmte zijn aangebracht.Furthermore, a device 21 for removing heat can be provided.

Voorts kan de inrichting uit fig. 3 zijn uitgevoerd met een vloeistofbad 22, voor het onderdompelen van de band 5 teneinde stofdeeltjes van de band 5 te verwijderen voordat de bundel 11 de beeldband 5 beschrijft.Furthermore, the device of Fig. 3 can be provided with a liquid bath 22 for immersing the tape 5 in order to remove dust particles from the tape 5 before the bundle 11 describes the image tape 5.

De uitvinding is niet beperkt tot de hierboven beschreven uitvoeringsvormen.The invention is not limited to the above-described embodiments.

Claims

A method for processing laminated structures, such as image film tape, data-bearing cards and the like, which laminated structure is provided with layers with mutually different absorption coefficients for a beam of radiation emitted by a laser source, which beam has a predetermined power as well as focusing for the introducing one or more layers of such heat energy into those layers that a structure or phase change takes place in order to be able to provide alphanumeric or other characters, characterized in that the wavelength of the beam of rays is determined by the absorption coefficient of the to be treated layer or layers.

A method of treating image film-tape material, consisting of a visible light-transmitting blank carrier layer and at least one color pigment-supporting layer, characterized in that the wavelength of the beam is selected in a range between 250 and 400 nm.

3. Device for carrying out the method according to the preceding claims, consisting of a laser plus modulator for generating a beam, a deflection unit for controlling the beam in at least one main axis direction, a focusing unit for converging the beam, with characterized in that the laser is of the type which generates a beam of radiation of a wavelength which is highly absorbed in the layer of the laminate to be treated.

4. A device for laser-processing film image-tape material, provided with a step-driven feed unit, characterized in that the laser is of the type which generates a beam with a wavelength between 250-400 nm.

5. Device as claimed in claim 4, characterized in that a heat supply device is arranged for heating the film tape.

Device according to claim 4 or 5, characterized in that a device for removing heat is provided.

Device as claimed in claims 4-6, characterized in that a liquid bath is arranged at the treatment place of the film tape material.