專利名稱：剪切用于成像印刷介質(zhì)的輻射束的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對(duì)輻射束進(jìn)行剪切的系統(tǒng)和方法。特別地，本發(fā)明涉及用以減少 在成像印刷(printing)介質(zhì)中使用的輻射束的微細(xì)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
二極管激光器在許多成像應(yīng)用中被使用作為方便且低成本的輻射源。材料處理應(yīng) 用可利用適當(dāng)耦合的二極管激光輻射來改變工件的性質(zhì)或特性。圖像記錄和顯示系統(tǒng)可使 用激光二極管來為光學(xué)系統(tǒng)提供照明。在一個(gè)特別的成像應(yīng)用中，可使用激光二極管發(fā)射器的單片陣列來對(duì)多通道 光閥進(jìn)行照明。光閥通常具有多個(gè)單獨(dú)可尋址的調(diào)制器站點(diǎn)；每個(gè)站點(diǎn)產(chǎn)生成影像 (imagewise)調(diào)制后的光的束或通道。通過在圖像接收器上掃描通道的同時(shí)選擇性地激活 通道來形成圖像。對(duì)于高質(zhì)量成像，通常需要通道在其成像特性方面是均勻的，由于來自激 光二極管的照明是高度散光的且具有差的總體束質(zhì)量，因此該要求對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提出了困 難的挑戰(zhàn)。因此，用于收集并且格式化光輸出的光學(xué)系統(tǒng)試圖克服二極管激光輸出的固有 限制，以便產(chǎn)生可用的照明。美國專利第5，517，359號(hào)(Gelbart)描述了一種對(duì)從具有多個(gè)發(fā)射器的激光二極 管陣列到線性光閥上的輻射進(jìn)行成像的方法。光學(xué)系統(tǒng)在光閥的平面處對(duì)來自每個(gè)發(fā)射器 的輻射線進(jìn)行疊加，從而形成單個(gè)組合的照明線。疊加提供了一些對(duì)發(fā)射器故障(局部或 全部)的免疫。在這樣的故障的情況下，當(dāng)減小輸出功率時(shí)，線的均勻性不被嚴(yán)重影響。甚至在疊加發(fā)射器的情況下，單個(gè)發(fā)射器輻射分布的均勻性也仍對(duì)線的總體均勻 性具有影響。良好的激光二極管陣列可以具有在慢軸中超過20%不均勻的發(fā)射器。當(dāng)組合 來自多個(gè)發(fā)射器的輻射時(shí)，一些不均勻性可相互補(bǔ)償，但是通常仍保留10% -15%的不均 勻性。一些光閥可以通過衰減來自被更強(qiáng)地照明的通道的輸出來平衡來自每個(gè)通道的輸出 而容許該不均勻性。然而，由于不可能放大弱通道，因此這表示有用光輸出的高達(dá)15%的浪 費(fèi)。美國專利第6，137，631號(hào)(Moulin)描述了一種用于混合來自激光二極管陣列上 的多個(gè)發(fā)射器的輻射能量的裝置。該混合裝置包括多個(gè)反射面，所述多個(gè)反射面放置在激 光輻射被聚焦的點(diǎn)處或位于該點(diǎn)下游。進(jìn)入混合裝置的輻射能量進(jìn)行了多次反射，這使得 顯現(xiàn)的輻射能量的輸出分布更均勻。具有十九個(gè)或更多個(gè)150 μ m發(fā)射器的激光二極管陣列現(xiàn)在是可用的，其中在近 紅外波長處具有大約50W的總功率輸出。盡管不斷進(jìn)行努力以提供更高的功率，但是材料 和制造技術(shù)仍然限制了對(duì)于任何給定配置可以實(shí)現(xiàn)的功率。為了提供總功率在100W左右 的照明線，光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可僅剩下組合來自多個(gè)激光二極管陣列的輻射的選擇。在如此 組合輻射時(shí)，必須注意保持照明的亮度。這對(duì)設(shè)計(jì)者施加了實(shí)際限制。美國專利第7，209,6 號(hào)(Reynolds等人)描述了一種照明系統(tǒng)，其中，來自一個(gè) 或多個(gè)激光陣列的輻射被引導(dǎo)到光管中。光管混合來自激光陣列的單個(gè)輻射貢獻(xiàn)并且形成均勻照明線。每個(gè)激光陣列的指向方向被監(jiān)測(cè)并被控制，以維持合成照明線的亮度。美國專利第5，923，475號(hào)(Kurtz等人)描述了一種用于激光印刷機(jī)(printer) 的照明系統(tǒng)，其包括激光二極管陣列、交叉陣列照明光學(xué)器件、激光小透鏡陣列、空間光調(diào) 制器以及利用涌出(flooded)均勻光對(duì)空間光調(diào)制器進(jìn)行照明的復(fù)眼集成器(fly’ s eye integrator)。該設(shè)計(jì)試圖提供來自多個(gè)二極管激光發(fā)射器的、對(duì)空間光調(diào)制器的空間上且 成角度均質(zhì)化的均勻泛光照明(flood illumination)。作為技術(shù)發(fā)展的結(jié)果，由單個(gè)二極管激光器發(fā)射的功率已提高，并且變得有可能 采用曾經(jīng)較少的單個(gè)激光器或激光發(fā)射器來獲得給定的功率水平。盡管這通常而言是良好 的發(fā)展，但是存在使得光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜的一個(gè)方面。問題在于，當(dāng)針對(duì)實(shí)際應(yīng)用組合輻射 時(shí)(無論這是通過光纖結(jié)構(gòu)、鏡子、復(fù)眼結(jié)構(gòu)還是大大保留光的相干性的任何其它設(shè)備的 使用)，導(dǎo)致增加的相干感應(yīng)微細(xì)結(jié)構(gòu)。當(dāng)在照明器中采用這樣的布置用于成像目的時(shí)，如 在例如激光成像平版的制備中那樣，可對(duì)平版施加微細(xì)結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生不希望的條紋。因此，需要一種用以從這樣的照明系統(tǒng)減少或去除微細(xì)結(jié)構(gòu)的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
簡要地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，照明器包括激光光源和束剪切光學(xué)系統(tǒng)，其中， 來自激光光源的光被引導(dǎo)通過束剪切光學(xué)系統(tǒng)。照明器具有激光光源，該激光光源包括一 個(gè)或多個(gè)在第一方向上延伸的發(fā)射器。激光光源被布置用于圍繞與第一維度垂直的光軸發(fā) 射一個(gè)或多個(gè)光束。變形(anamorphic)光學(xué)系統(tǒng)具有包含光軸的一個(gè)或多個(gè)對(duì)稱平面。來 自激光光源的至少一個(gè)光束被引導(dǎo)通過束剪切光學(xué)系統(tǒng)。對(duì)稱平面的至少之一相對(duì)于第一 維度以0至+/-90度之間的角度定向。本發(fā)明及其目的和優(yōu)點(diǎn)將在以下給出的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中變得更加明顯。


根據(jù)以下結(jié)合附圖考慮而給出的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明將更容易理 解，其中圖1示出了包括激光光源和束剪切光學(xué)系統(tǒng)的照明器；圖2示出了利用現(xiàn)有技術(shù)的照明器得到的掃描片(scanned patch)；圖3示出了利用本發(fā)明的照明器得到的掃描片；圖4示出了包括束剪切光學(xué)系統(tǒng)的照明器，該束剪切光學(xué)系統(tǒng)包括基于一對(duì)交叉 柱面透鏡和球面透鏡的變形光學(xué)系統(tǒng)；圖5示出了包括基于光學(xué)傅立葉變換的束剪切光學(xué)系統(tǒng)的照明器；以及圖6示出了利用本發(fā)明的照明器得到的掃描片，其中通過空間光調(diào)制器來引導(dǎo)其 所得到的剪切光束。
具體實(shí)施例方式在示出本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的圖1中，照明器10包括激光光源20和束剪切光學(xué) 系統(tǒng)30。激光光源20包括一個(gè)或多個(gè)激光器40、收集器系統(tǒng)50以及集成器80。每個(gè)激光 器40包括一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器60。收集器系統(tǒng)50將來自發(fā)射器60的光束70收集到集成器80中，以產(chǎn)生集成束90。收集器系統(tǒng)50可以是能夠適當(dāng)?shù)厥占瘉碜园l(fā)射器60的光的任何光學(xué)元件。美 國專利第5，517，359號(hào)提供了示例。集成器80可以是任何適當(dāng)?shù)募善?，包括但不限?如在美國專利第6，137，631號(hào)或美國專利第7，209，624號(hào)中的光管、或者如在美國專利第 5，923，475號(hào)中描述的復(fù)眼集成器等。來自發(fā)射器60的光束70由收集器系統(tǒng)50收集并且由集成器80集成，以產(chǎn)生集 成束90。由于來自發(fā)射器60的光的固有性質(zhì)，來自發(fā)射器60的組合光束70穿過不同的路 徑長度并因此在激光光源20的出口處不同相，從而在集成束90中造成微細(xì)結(jié)構(gòu)。發(fā)射器 60的模式結(jié)構(gòu)越單一，則產(chǎn)生微細(xì)結(jié)構(gòu)的調(diào)制越深。束剪切光學(xué)系統(tǒng)30橫跨束展開微細(xì)結(jié)構(gòu)，從而減少可能由激光光源20產(chǎn)生的未 剪切集成束90造成的任何條紋。在優(yōu)選實(shí)施例中，光束70被耦合到收集器系統(tǒng)50中，使 得集成束90在被聚焦到工件110上的情況下產(chǎn)生具有非常大縱橫比的輻射斑120，其中，輻 射斑120的在激光器40的平面中的尺寸W遠(yuǎn)大于輻射斑120的與激光器40的平面垂直的 尺寸H。轉(zhuǎn)到表示現(xiàn)有技術(shù)的圖2，束剪切光學(xué)系統(tǒng)30沒有合并在照明器10’中，并且輻射 斑120具有微細(xì)結(jié)構(gòu)130。當(dāng)在方向Z上掃描以此方式產(chǎn)生的輻射斑120時(shí)，其在掃描片 150中產(chǎn)生條紋140。圖3示出了本發(fā)明的實(shí)施例，其中，束剪切光學(xué)系統(tǒng)30合并在照明器10中，使得 輻射斑120具有剪切的微細(xì)結(jié)構(gòu)160。當(dāng)在方向Z上掃描以此方式產(chǎn)生的輻射斑120時(shí)，其 產(chǎn)生具有大大減少的條紋或者沒有條紋的掃描片170。在圖1所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，束剪切光學(xué)系統(tǒng)30是變形光學(xué)系統(tǒng)，其包 括但不限于包括至少一個(gè)反射元件和一個(gè)折射元件的變形光學(xué)系統(tǒng)。發(fā)射器60在第一維 度上延伸并且被布置用于圍繞與第一維度垂直的光軸發(fā)射一個(gè)或多個(gè)光束。來自發(fā)射器60 的至少一個(gè)光束被引導(dǎo)通過束剪切光學(xué)系統(tǒng)30，其中，束剪切光學(xué)系統(tǒng)30具有包含光軸的 一個(gè)或多個(gè)對(duì)稱平面，并且對(duì)稱平面的至少之一相對(duì)于第一維度以0至+/-90度之間的角 度定向。在圖4所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，束剪切光學(xué)系統(tǒng)30是變形的并且包括一對(duì) 交叉柱面透鏡180和190以及處于照明器10的光軸上的球面透鏡200。束剪切光學(xué)系統(tǒng) 30相對(duì)于激光光源20發(fā)射的集成束90中的微細(xì)結(jié)構(gòu)，以不同于0度的小角度θ旋轉(zhuǎn)。在 本發(fā)明的該實(shí)施例中，通過角度θ的大小來確定剪切度。對(duì)于θ =0，不存在剪切。在圖5所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，照明器210包括激光光源220和束剪切光學(xué)系 統(tǒng)230。束剪切光學(xué)系統(tǒng)230是基于光學(xué)傅立葉變換的光學(xué)圖像處理系統(tǒng)。束剪切光學(xué)系 統(tǒng)230包括傅立葉變換器Μ0、濾波器250以及反傅立葉變換器沈0。傅立葉變換器240在 y方向上執(zhí)行傅立葉變換，并且是χ方向上的單位放大器，其中，χ和y相互垂直并且均垂直 于照明器210的光軸。反傅立葉變換器260在y方向上執(zhí)行反傅立葉變換，并且是χ方向 上的單位放大器。濾波器250包括兩個(gè)交叉柱面透鏡，其中所述兩個(gè)交叉柱面透鏡的軸相對(duì)于χ軸 和y軸為45度，并且χ軸和y軸均垂直于照明器210的光軸。在將束剪切光學(xué)系統(tǒng)230并 入照明器210中時(shí)，束剪切光學(xué)系統(tǒng)230的χ軸與激光光源220發(fā)射的光中的微細(xì)結(jié)構(gòu)平行地對(duì)準(zhǔn)。在該實(shí)施例中，剪切度由濾波器250的交叉柱面透鏡的光功率來確定。與圖4 的實(shí)施例一樣，照明器210發(fā)射的光可以被聚焦到工件110上，以產(chǎn)生具有非常大縱橫比的 輻射斑120，其中，輻射斑120的在激光器的平面(S卩，激光器的慢方向)中的尺寸W遠(yuǎn)遠(yuǎn)大 于輻射斑120的與激光器的慢方向垂直的尺寸H。圖6示出了首先被導(dǎo)向成影像調(diào)制集成束90的空間光調(diào)制器105的剪切光束 100，并且然后可以使得該剪切光束100通過適當(dāng)?shù)木劢构鈱W(xué)器件(未示出)而撞擊在工件 110上。工件110可以是要成像的介質(zhì)，其包括但不限于印刷板，該印刷板可以是但不限于 石印印刷板或柔性印刷板。要成像的介質(zhì)也可以是凹印滾筒。在照明器中沒有本發(fā)明的束 剪切光學(xué)系統(tǒng)的情況下，集成束90的微細(xì)結(jié)構(gòu)將被施加到該介質(zhì)上。返回到圖3，本發(fā)明的方法包括照射工件110上的掃描片170。照射包括在第一方 向K上掃描具有微細(xì)結(jié)構(gòu)160 (其具有線性范圍)的輻射斑120，在第二方向Z上掃描，該第 二方向Z具有與輻射斑120處的工件110的平面中的第一方向K垂直的分量。在本發(fā)明的 優(yōu)選實(shí)施例中，微細(xì)結(jié)構(gòu)160包括在第一方向K上定向的線。通過使來自激光光源20的集成光束90失真(distort)以形成輻射斑120來產(chǎn)生 微細(xì)結(jié)構(gòu)160。在優(yōu)選實(shí)施例中，失真是剪切。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，集成束90的剪切 包括變形地使集成束90失真。在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，集成束90的剪切包括對(duì)集 成束90進(jìn)行傅立葉變換。更具體地，集成束90的剪切可以包括在實(shí)際平面和虛擬平面之 一處變形地放大集成束90中的強(qiáng)度分布，或者借助于傅立葉變換在實(shí)際平面或虛擬平面 處光學(xué)地處理集成束90中的強(qiáng)度分布。根據(jù)一個(gè)方面，本發(fā)明包括用具有微細(xì)結(jié)構(gòu)的照明斑照射工件上的片，使用來自 光源的光束形成照明斑，剪切用于形成照明斑的光束以及沿工件平面中的第一方向掃描 斑，該第一方向相對(duì)于照明斑中的任意剪切微細(xì)結(jié)構(gòu)為0至90度之間的角度。剪切光束可 以被引導(dǎo)通過空間光調(diào)制器以撞擊在工件上，從而成影像調(diào)制該照明斑。已概述了本發(fā)明的重要特征，以使得更好地理解本發(fā)明對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)有貢獻(xiàn)。 本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到，本公開所基于的概念可容易地被利用作為用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的 若干目的的其它設(shè)備和方法的設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。因此，最重要的是，該公開被視為包括不背離本 發(fā)明的范圍的這種等同設(shè)備和方法。部件列表
10照明器
10’照明器
20激光光源
30束剪切光學(xué)系統(tǒng)
40激光器
50收集器系統(tǒng)
60發(fā)射器
70光束
80集成器
90集成束
100剪切光束
105空間光調(diào)制器
110工件
120輻射斑
130微細(xì)結(jié)構(gòu)
140條紋
150掃描片
160微細(xì)結(jié)構(gòu)
170掃描片
180柱面透鏡
190柱面透鏡
200球面透鏡
210照明器
220激光光源
230束剪切光學(xué)系統(tǒng)
240傅立葉變換器
250濾波器
260反傅立葉變換器
權(quán)利要求
1.一種照明器，其包括激光光源和束剪切光學(xué)系統(tǒng)，其中，來自所述激光光源的光被引 導(dǎo)通過所述束剪切光學(xué)系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明器，其中，所述束剪切光學(xué)系統(tǒng)是變形光學(xué)系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明器，其中a)所述激光光源包括在第一維度上延伸的一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器；b)所述激光光源被布置用于圍繞與所述第一維度垂直的光軸發(fā)射一個(gè)或多個(gè)光束；c)所述變形光學(xué)系統(tǒng)具有包含所述光軸的一個(gè)或多個(gè)對(duì)稱平面；d)來自所述激光光源的至少一個(gè)光束被引導(dǎo)通過所述束剪切光學(xué)系統(tǒng)；以及e)所述對(duì)稱平面的至少之一相對(duì)于所述第一維度以0至+/-90度之間的角度定向。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明器，其中，所述變形系統(tǒng)包括反射元件和折射元件的至 少之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明器，其中，所述變形系統(tǒng)包括交叉柱面透鏡。
6.一種剪切光束的方法，包括a)生成來自光源的光的束，所述光源在第一維度上延伸并且被布置用于圍繞與所述第 一維度垂直的光軸發(fā)射所述光束；以及b)引導(dǎo)所述光束通過一個(gè)或多個(gè)變形光學(xué)元件，所述一個(gè)或多個(gè)變形光學(xué)元件中的每 個(gè)具有一個(gè)或多個(gè)對(duì)稱軸，其中，所述一個(gè)或多個(gè)對(duì)稱軸相對(duì)于所述第一維度以0至+/-90 度之間的角度處于與所述光軸垂直的平面中。
7.一種用具有微細(xì)結(jié)構(gòu)的照明斑照射工件上的片的方法，所述方法包括a)使用來自光源的光束形成所述照明斑；b)剪切用于形成所述照明斑的所述光束；以及c)沿所述工件的平面中的第一方向掃描所述斑，所述第一方向相對(duì)于所述照明斑中的 任意剪切微細(xì)結(jié)構(gòu)為0至90度之間的角度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述剪切包括以下至少之一a)在實(shí)際平面和虛擬平面之一處變形地放大所述光束中的強(qiáng)度分布；以及b)借助于傅立葉變換，在實(shí)際平面或虛擬平面處光學(xué)地處理所述光束中的強(qiáng)度分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，包括通過空間光調(diào)制器將剪切光束引導(dǎo)到所述工件 上，并且成影像調(diào)制所述照明斑。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述工件是要成像的介質(zhì)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述工件是印刷板。
全文摘要
一種用于在工件(110)上產(chǎn)生輻射斑(120)的照明器(10)，包括激光光源(20)和束剪切光學(xué)系統(tǒng)(30)。通過將束剪切光學(xué)系統(tǒng)(30)包括到照明器(10)中，剪切作為來自激光器(40)的發(fā)射器(60)的相干光束(70)中的路徑長度差的結(jié)果的、集成束(90)中的由激光光源(20)的集成器(80)生成的微細(xì)結(jié)構(gòu)(160)。束剪切光學(xué)系統(tǒng)(30)允許照明器(10)產(chǎn)生輻射斑(120)，其中，微細(xì)結(jié)構(gòu)(160)被展開，以使得輻射斑(120)的掃描不在掃描片(170)中產(chǎn)生利用現(xiàn)有技術(shù)的照明器獲得的條紋(140)。
文檔編號(hào)G02B27/09GK102099727SQ200980128459
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月23日
發(fā)明者梅里特·韋恩·雷諾茲 申請(qǐng)人:伊斯曼柯達(dá)公司