對彈性印刷板和套筒進行多光束直刻的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種對彈性印刷板和套筒進行多光束直刻的裝置和方法。在一個實施例中，將彈性印刷板或套筒安放于成像鼓上以進行直刻。該成像鼓是可繞其縱軸旋轉(zhuǎn)的。這種旋轉(zhuǎn)限定了圓周方向，也稱為橫向。旋轉(zhuǎn)軸限定了軸向，也稱為縱向。該印刷板具有由彈性體制成（由聚合物或橡膠制成）的板體和表面。驅(qū)動結(jié)構(gòu)在多個激光束和該板之間提供了橫向和縱向上的相對運動。
【專利說明】對彈性印刷板和套筒進行多光束直刻的裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明通常涉及印刷領(lǐng)域，并且特別涉及印刷板和套筒的直刻。

【背景技術(shù)】
[0002]計算機直接制板(CTP)是用于印刷工藝的成像技術(shù)，通過根據(jù)成像數(shù)據(jù)使印刷板暴露于光能量下，將該成像數(shù)據(jù)直接從計算機輸出到印刷板。在外鼓式成像設(shè)備的情況下，將印刷板或套筒安放于成像器的成像滾筒上。隨著鼓繞其縱軸旋轉(zhuǎn)，成像頭沿軸向移動并將用成像數(shù)據(jù)調(diào)制的一個或多個激光束聚焦于該板上，以在該印刷板的表面形成圖案。
[0003]雖然描述是以對在外鼓式成像設(shè)備上的板進行成像而言，但是同樣的原理也適用于對外鼓式成像設(shè)備上的套筒進行成像或使用平臺成像設(shè)備。
[0004]在其上涂布有激光可燒蝕掩膜(LAMS)的光聚合物板上成像是公知的，在這種情況下，一個或多個激光束在LAMS材料上燒蝕圖案以形成掩膜，該板可以通過該掩膜而暴露于紫外線下并通過加工來制作將圖像圖案間接刻于其上的印刷板。
[0005]在直刻中，一個或多個激光束直接在彈性印刷板上燒蝕圖像圖案。術(shù)語“彈性體”與形容詞“彈性”在本文中廣泛用于包括橡膠板和聚合物板。這些術(shù)語可以與術(shù)語“橡膠”互換使用。
[0006]直刻通常比燒蝕LAMS涂層需要的激光能量高得多。當LAMS涂層的典型厚度為3 μ m的量級時，直刻需要燒蝕板材料以產(chǎn)生深得多的圖案，一般在500 μ m深的量級。因此，對彈性板進行直刻比燒蝕LAMS涂層需要的激光功率大約高三個數(shù)量級。
[0007]高功率激光器例如封離式二氧化碳(CO2)激光器和光纖激光器可以提供的輸出功率達到千瓦(kW)范圍，例如500W至3kW。加利福尼亞州圣克拉拉的相干公司(Coherent, Inc.)提供現(xiàn)成的500W和1000W CO2激光器。麻省牛津鎮(zhèn)的IPG光子公司(IPGPhotonics Corporat1n)提供現(xiàn)成的達到1000W的單模光纖激光器,并可以制造定制的達到3kW的光纖激光器。這類激光器可以得到質(zhì)量滿意的雕刻。然而，成像是相對慢的?，F(xiàn)存的直刻系統(tǒng)的生產(chǎn)效率大約為每小時0.5平方米(m2/h)，而光聚合物板的成像可以達到8m2/h的速度。
[0008]已知的直刻系統(tǒng)采用CO2或光纖激光器和光束調(diào)制器例如聲光調(diào)制器(AOM)以切換在該板上的激光光束功率打開和關(guān)閉。AOM的切換速度是受限制的。具有AOM的高功率激光器的切換速度僅在較低的千赫茲(kHz)范圍內(nèi)。然而，為了達到8m2/h的速度，需要兆赫茲(MHz)范圍內(nèi)的切換速度。一般情況下，激光功率越高，切換速度越慢。
[0009]一種針對于成像速度受到限制的昂貴的解決方案是并行使用若干個雕刻系統(tǒng)。然而，這種解決方案是昂貴的并需要大的空間來操作多個雕刻系統(tǒng)。
[0010]除了生產(chǎn)效率低之外，彈性板的直刻會產(chǎn)生大量蒸發(fā)的彈性體。該蒸汽會干擾激光束的聚焦并形成等離子體，這會引起該板的表面上的小細部熔化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ] 本發(fā)明揭示了一種通過多個激光束來對彈性印刷板進行直刻的裝置和方法。在一個實施例中，將彈性印刷板或套筒安放于成像鼓上以進行直刻。該成像鼓是可繞其縱軸旋轉(zhuǎn)的。這種旋轉(zhuǎn)限定了圓周方向，也稱為橫向。旋轉(zhuǎn)軸限定了軸向，也稱為縱向。該印刷板具有由彈性體制成(由聚合物或橡膠制成)的板體和表面。驅(qū)動結(jié)構(gòu)在多個激光束和該板之間提供了橫向和縱向上的相對運動。
[0012]另一個替代性的配置使用平臺成像器。該平臺具有橫向和垂直于該橫向的縱向。驅(qū)動結(jié)構(gòu)提供了在多個激光束和該板之間橫向和縱向上的相對運動。各調(diào)制光束根據(jù)成像數(shù)據(jù)的各部分進行調(diào)制。各部分稱為該成像數(shù)據(jù)的“切片”以反映每個部分可操作為調(diào)制光束用于從雕刻的總深度的第一各自深度雕刻至第二各自深度。本發(fā)明詳細地描述了鼓的版本。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會發(fā)現(xiàn)將本發(fā)明適用于平臺成像器是簡單明確的。
[0013]特定實施例包括用于多光束直刻的裝置，該裝置包括激光源，該激光源在操作時發(fā)射激光束。該裝置還包括分束器、用于每個分光束的光束調(diào)制器和用于每個分光束的聚焦透鏡，該分束器可操作為將該激光束分割成多個分光束，該光束調(diào)制器可操作為調(diào)制該分光束以創(chuàng)建一個或多個調(diào)制光束，例如來自該分光束的一階調(diào)制光束，該聚焦透鏡可操作為聚焦從該分光束創(chuàng)建的一個或多個調(diào)制光束以創(chuàng)建一個或多個聚焦的調(diào)制光束，聚焦的調(diào)制光束傳播至印刷板或套筒上。每個聚焦透鏡具有焦距，并且每個聚焦的調(diào)制光束具有某一尺寸的焦斑，該焦斑指向該印刷板或套筒的表面上的一個位置并進入該印刷板或套筒的體內(nèi)的深度級別。至少兩個聚焦透鏡具有不同的焦距，并且至少兩個焦斑指向該印刷板或套筒的表面上的不同位置并進入該印刷板或套筒的體內(nèi)的不同深度級別。每個調(diào)制光束根據(jù)該成像數(shù)據(jù)的各自部分進行調(diào)制。各部分稱為該成像數(shù)據(jù)的“切片”以反映每個部分可操作為調(diào)制光束用于從雕刻的總深度的第一各自深度雕刻至第二各自深度。調(diào)制光束是相互平行的，從而聚焦的調(diào)制光束的焦斑沿該印刷板或套筒的軸向建成一行。
[0014]在一個實施例中，每個分束器包括具有反射系數(shù)的反射面以根據(jù)反射系數(shù)反射部分至全部的入射激光束。每個分束器還傳輸該入射激光束不反射的部分。
[0015]該光束調(diào)制器可以是聲光調(diào)制器(AOM)或能夠從分光束產(chǎn)生一個或多個衍射光束例如一階調(diào)制光束的聲光偏轉(zhuǎn)器(AOD )。
[0016]在某些版本中，該裝置還包括一個或多個反射器，該一個或多個反射器布置于該光束調(diào)制器與聚焦透鏡之間的光束路徑上以反射每個調(diào)制光束，從而來自不同分光束的調(diào)制光束在保持平行的同時在反射后彼此間具有更緊密的距離。
[0017]在某些版本中，該裝置還包括金屬護罩。聚焦透鏡與該印刷板或套筒之間的任何空間由金屬護罩分隔開，該金屬護罩具有開口以允許聚焦的調(diào)制光束傳播至該印刷板或套筒上，該金屬護罩具有曲率，該曲率具有朝向該印刷板或套筒的法向量，形成文丘里噴嘴，該文丘里噴嘴防止粉塵進入該金屬護罩與聚焦透鏡之間的空間。
[0018]特定實施例還包括多光束直刻的方法。該方法包括從激光源發(fā)射激光束，由分束器分割該激光束以創(chuàng)建多個分光束，由光束調(diào)制器調(diào)制每個分光束以從該分光束創(chuàng)建一個或多個調(diào)制光束，以及由聚焦透鏡聚焦該一個或多個調(diào)制光束以創(chuàng)建一個或多個聚焦的調(diào)制光束，這些聚焦的調(diào)制光束傳播至印刷板或套筒上。每個聚焦透鏡具有焦距，并且每個聚焦的調(diào)制光束具有某一尺寸的焦斑，該焦斑指向該印刷板或套筒的表面上的一位置并進入該印刷板或套筒的體內(nèi)的深度級別。至少兩個聚焦透鏡具有不同的焦距，并且至少兩個焦斑指向該印刷板或套筒的表面上的不同位置并進入該印刷板或套筒的體內(nèi)的不同深度級另IJ。調(diào)制光束是相互平行的，從而聚焦的調(diào)制光束的焦斑沿該印刷板或套筒的軸向建成一行。
[0019]本發(fā)明所描述的裝置和方法具有增加用于彈性印刷板的直刻系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和在雕刻操作時避免彈性印刷板上精細的圖像細部的熔化的優(yōu)勢。
[0020]特定實施例可以提供這些方面、特征或優(yōu)點的全部、部分或一個也沒有提供。特定實施例可以提供一個或多個其他方面、特征或優(yōu)點，其中的一個或多個通過本發(fā)明的附圖、說明書和權(quán)利要求書，對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說可以是顯示易見的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1是示出了用于對彈性印刷板進行直刻的現(xiàn)有裝置的簡化示意圖，其中并行使用兩個激光源。
[0022]圖2A顯示了裝置形式的本發(fā)明的一個實施例的簡化框圖，該裝置包括在其上具有彈性板或套筒的旋轉(zhuǎn)鼓和成像子系統(tǒng)，該成像子系統(tǒng)包括激光源、分束器、調(diào)制器和聚焦透鏡子系統(tǒng)以產(chǎn)生多個調(diào)制光束。
[0023]圖2B是示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的裝置的第一部分的簡化示意圖，該裝置用于使用單個激光源對彈性印刷板進行多光束直刻。
[0024]圖2C是示出了圖2B中的多光束直刻裝置的第二部分的簡化示意圖。
[0025]圖2D顯示了裝置形式的本發(fā)明的一個實施例的簡化框圖，該裝置包括在其上具有彈性板或套筒的平臺和成像子系統(tǒng)，該成像子系統(tǒng)包括激光源、分束器、調(diào)制器和聚焦透鏡子系統(tǒng)以產(chǎn)生多個調(diào)制光束。
[0026]圖3A是示出了當圖2B和圖2C所示的裝置在操作時聚焦進入印刷板不同深度級別的多個激光束的簡化示意圖，其中相鄰深度級別具有相等距離。
[0027]圖3B是示出了當圖2B和圖2C所示的裝置在操作時聚焦進入印刷板不同深度級別的多個激光束的簡化示意圖，其中相鄰深度級別具有不等距離。
[0028]圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的用于多光束直刻的裝置的簡化示意圖。
[0029]圖5A是示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于直刻裝置以避免印刷板上的小細部熔化的處理頭的簡化示意圖。
[0030]圖5B是示出了包含于圖5A所示的處理頭中的金屬護罩的側(cè)壁的簡化示意圖。
[0031]圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的用于多光束直刻的裝置的簡化示意圖。
[0032]圖7A是示出了將印刷板上的多個激光束的焦斑在軸向上對齊的簡化示意圖。
[0033]圖7B是示出了將印刷板上的多個激光束的焦斑在圓周方向上對齊的簡化示意圖。
[0034]圖8是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的用于多光束直刻的方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0035]圖1顯示了現(xiàn)有的直刻裝置100，彈性印刷板或套筒101安放于成像鼓103上以進行直刻。該成像鼓103是可繞軸旋轉(zhuǎn)的。這種旋轉(zhuǎn)限定了圓周方向，該軸限定了軸向。該印刷板或套筒101由彈性材料制成并具有外表面，在該外表面上根據(jù)成像數(shù)據(jù)來雕刻圖案。一個現(xiàn)有版本的用于直刻的鼓式成像器使用單個激光源。該現(xiàn)有的直刻裝置100使用兩個激光源，這兩個激光源依次操作于板的任何點上。每個直刻子系統(tǒng)包括激光源例如CO2激光源113、聲光調(diào)制器(AOM) 115、聚焦透鏡117以及包圍該聚焦透鏡117的抽取頭119。從激光源113發(fā)射的激光束根據(jù)成像數(shù)據(jù)由AOMl 15來調(diào)制，然后由各聚焦透鏡117聚焦于印刷板或套筒101上。
[0036]現(xiàn)有的裝置100由于使用了兩個高功率激光源而相對昂貴。
[0037]另一種現(xiàn)有的布置使用了兩個子系統(tǒng)來進行并行直刻。
[0038]另一種現(xiàn)有技術(shù)的替代方案是并行使用多個雕刻裝置，依照對每單位時間所雕刻面積的測量，該方案提高了效率。當然這也是昂貴的。并且還需要一個大的空間來操作多于一個的直刻系統(tǒng)。
[0039]在激光束中具有高功率導(dǎo)致橡膠蒸發(fā)，這會導(dǎo)致印刷板的局部區(qū)域因形成的等離子體而過熱，從而會引起不希望的彈性體熔化和減少該板上精細的圖像細部。大量的橡膠蒸汽還會干擾光束的聚焦。
[0040]在說明書其余部分的很多地方，為了簡潔起見，術(shù)語“印刷板”或“板”也涵蓋了印刷套筒、印刷滾筒，以及由激光輻射進行直刻以用于印刷的類似部件。此外，雖然本說明書將以外鼓式成像設(shè)備而言，但本發(fā)明的不同實施例也用于平臺成像設(shè)備中。如何修改本文的細節(jié)以用于平臺成像設(shè)備對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說將是簡單明確的，不需要進一步的描述。
[0041 ] 本發(fā)明的各實施例包括具有單個高功率激光源的裝置，在某些實施例中高功率激光源是產(chǎn)生單個入射光束的kW級的TEMOO模光纖激光器。該裝置包括由一個或多個分束器組成的一組分束器來將該單個入射光束分割成多個分光束，在一個版本中，這些分光束相互平行，然后被單獨調(diào)制并聚焦以在幾個點處暴露印刷板，這幾個點例如是旋轉(zhuǎn)軸的縱向上的共線點。每個分光束根據(jù)成像數(shù)據(jù)的各自部分(“切片”)由光束調(diào)制器來調(diào)制以創(chuàng)建一個或多個經(jīng)調(diào)制的輸出光束，光束調(diào)制器例如是一個實施例中的AOM或另一個實施例中的聲光偏轉(zhuǎn)器(AOD ),經(jīng)調(diào)制的輸出光束例如是每個分光束的一階調(diào)制光束。
[0042]來自每個光束調(diào)制器(Α0Μ或A0D)的每個調(diào)制光束具有其自身的聚焦透鏡子系統(tǒng)以將該調(diào)制光束聚焦于印刷板上。不同聚焦透鏡子系統(tǒng)的焦點聚焦于離該板的表面的不同深度級別，提供不同的焦斑直徑。以這種方式，該板的材料的燒蝕使用多個調(diào)制光束而發(fā)生于和至不同深度級別。第一級別在橡膠材料的表面上含有精細的細部，每個下一級別在前一個下方并且所有級別在橡膠材料內(nèi)部形成肩部，支承最高級別上的印刷細部。
[0043]用于調(diào)制每個調(diào)制光束的成像數(shù)據(jù)的各自部分(“切片”)是通過在將完整成像數(shù)據(jù)“剪切”成該成像數(shù)據(jù)的多個切片的電子過程中在該完整成像數(shù)據(jù)上使用深度信息而電子生成，成像數(shù)據(jù)的各切片用于將該板從該成像數(shù)據(jù)指示的總深度的第一深度雕刻至第二深度。生成控制信號的細節(jié)。
[0044]圖2A顯示了裝置200形式的本發(fā)明的一個實施例的簡化框圖，該裝置200包括旋轉(zhuǎn)鼓223，彈性板或套筒221在該旋轉(zhuǎn)鼓223上。成像子系統(tǒng)201包括激光源、一個或多個分束器、光束調(diào)制器以及聚焦光學(xué)器件以產(chǎn)生聚焦于離開該板或套筒221的外表面的不同深度的多個調(diào)制光束。驅(qū)動結(jié)構(gòu)225旋轉(zhuǎn)該鼓并使經(jīng)該成像子系統(tǒng)調(diào)制的光束在平行于該鼓的軸的方向(也稱為縱向)上移動?？刂葡到y(tǒng)227與該驅(qū)動結(jié)構(gòu)225連接，還與光束調(diào)制器連接。配置并操作該控制系統(tǒng)227和該裝置的其他部件，使得在該控制系統(tǒng)227控制下的驅(qū)動結(jié)構(gòu)225在經(jīng)成像子系統(tǒng)201調(diào)制的光束與該板或套筒221之間提供相對運動。還配置并操作該控制系統(tǒng)227來確定成像數(shù)據(jù)229的各切片以形成光束調(diào)制器的控制信號。該控制系統(tǒng)確定光束的控制信號的操作類似于2000年11月21日發(fā)行的題為“激光雕刻系統(tǒng)”并共同轉(zhuǎn)讓給共同發(fā)明人西弗斯(Sievers)的美國專利6150629公開的內(nèi)容，在本文援引其內(nèi)容作為參考。
[0045]圖2B和2C以簡化形式顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的多光束直刻裝置200的成像子系統(tǒng)201。圖2B顯示了該成像子系統(tǒng)201的第一部分，該成像子系統(tǒng)201包括單個激光源203、一組分束器例如反射鏡(三個反射鏡205^205^2053被不出，除了最后一個的所有反射鏡具有透射率，從而每一個用作分束器)以及用于每個反射鏡2051; 2052，2053的聲光調(diào)制器207。在操作時，從激光源203發(fā)射的激光束由該組反射鏡2051; 2052，2053分割為多個分光束。每個反射鏡2051; 2052, 2053反射其入射光的一部分，該部分入射光由各反射系數(shù)限定，各反射系統(tǒng)可以表達為被反射的各入射光束強度的百分比。除了那些被吸收的量，剩余的光都穿過。所吸收的量通?？珊雎圆挥?。在一個實施例中，共線地安置并級聯(lián)這些鏡子2051; 2052，2053，使得穿過級聯(lián)中除了最后一個的任何一個反射鏡的任何激光束提供入射光給該級聯(lián)順序中緊鄰的下一個鏡子。在一個實施例中，這些鏡子2051; 2052，2053具有不同的反射系數(shù)。在一個三光束的實施例中，第一鏡子205i具有33%的反射系數(shù)，第二鏡子2052具有50%的反射系數(shù)，在級聯(lián)順序中的最后一個鏡子2053具有100%的反射率，即完全反射入射光。
[0046]響應(yīng)于該控制系統(tǒng)227確定的控制信號，由各光束調(diào)制器來調(diào)制每個分光束，從而由該成像子系統(tǒng)輸出的各調(diào)制光束被成像數(shù)據(jù)的各部分(各切片)調(diào)制，這樣，各調(diào)制光束從各自的第一深度雕刻至各自的第二深度。在一個實施例中，每個分光束由聲光調(diào)制器(AOM)2071； 2072，2 073進行調(diào)制以創(chuàng)建一階衍射光束，每個分光束根據(jù)其在該成像數(shù)據(jù)的各自的切片進行調(diào)制。束流收集器用于零階光束。
[0047]在另一個實施例中，該板是在例如平臺掃描儀的平臺上，也稱為χ-y工作臺，驅(qū)動結(jié)構(gòu)配置成在成像子系統(tǒng)產(chǎn)生的多個光束與該板之間提供相對運動。在一個這種實施例中，在成像時調(diào)制光束在安置于平臺工作臺上的板上面移動。圖2D顯示了在其上對彈性板263進行直刻的這種平臺261的一個實施例的簡化框圖。該成像子系統(tǒng)261包括激光源、分束器、調(diào)制器以及聚焦光學(xué)器件以產(chǎn)生根據(jù)成像數(shù)據(jù)的各切片來調(diào)制的多個(三個或更多)光束。控制系統(tǒng)267可操作為從該成像數(shù)據(jù)形成各控制信號，從而用這些控制信號來調(diào)制各調(diào)制器以從該成像子系統(tǒng)261產(chǎn)生多個光束。還連接并配置該控制系統(tǒng)267以控制驅(qū)動結(jié)構(gòu)265，該驅(qū)動結(jié)構(gòu)265配置成在橫向上來回移動該成像子系統(tǒng)261并也在縱向上移動該成像子系統(tǒng)261。
[0048]在另一平臺實施例中(未顯示)，在橫向上處理時該光源移動，在垂直于該橫軸的縱向上處理時該板移動。
[0049]為了在特定的高效率下操作，直刻系統(tǒng)需要光束調(diào)制器例如Α0Μ，該AOM可以在足夠高的切換速度下操作以根據(jù)該成像數(shù)據(jù)的各切片來調(diào)制其分激光束打開和關(guān)閉。AOM的切換速度由聲波經(jīng)過該光束的橫截面所需要的時間來確定。如此，其切換速度由聲波的速率和激光束的橫截面的直徑來確定，激光束的橫載面的直徑也稱為光束直徑。對于小的光束直徑，聲波只需要經(jīng)過小的距離來穿過該光束直徑，產(chǎn)生的切換和調(diào)制速度比大的光束直徑更高。然而小的光束直徑會引起高的光功率集中，這將造成光學(xué)材料局部加熱，引起熱透鏡效應(yīng)和影響激光光束的質(zhì)量。高功率集中也會引起光學(xué)表面和材料的損傷。特別是對于鍺的情形，鍺是一種用于AOM的常見的晶體材料，例如用于10.6 μ m波長的CO2激光器的AOM。
[0050]適于與光纖激光器一起操作的AOM可以從加利福尼亞州帕洛阿爾托的古奇-休斯古(Gooch&Housego )得到，其前身為加利福尼亞州帕洛阿爾托的晶體技術(shù)有限公司(Crystal Technology, Inc.,)。弗吉尼亞州斯普林菲爾德的Isomet公司供應(yīng)600W的鍺AOD (型號 LS600-1011)。
[0051]在本發(fā)明的時候，單個AOM的光束直徑被限制于某一尺度，且每個分光束的強度例如每個AOM的光功率被限制于某一級別。對每個AOM的功率和直徑的限制源于包含于AOM的晶體的尺寸和在使用相對較大(且更貴)的晶體的情況下供應(yīng)足夠冷卻的能力。
[0052]在本發(fā)明的各實施例中，為了從直刻系統(tǒng)提供高級別的光輸出，將激光功率分布于多個調(diào)制器之間，例如多個AOM或AOD之間。
[0053]在本發(fā)明的時候，CO2激光器的各AOM大部分由鍺制成，相比于例如光纖激光器，對熱透鏡效應(yīng)更靈敏且更昂貴。現(xiàn)存的CO2激光器往往由于靈敏度而在激光模式結(jié)構(gòu)、指向和輸出功率上有一些不穩(wěn)定。由于這個原因，本發(fā)明的某些實施例在包含光纖激光器的成像子系統(tǒng)201中使用激光源203。然而本發(fā)明不限于使用這種激光源，可以在其他實施方式中使用能夠提供雕刻所需要的功率的另一種類型的光源，甚至是CO2激光源。
[0054]因此，在某些實施例中，成像子系統(tǒng)201包括至少三個分束器，例如至少三個反射鏡2051; 2052，2053，每個與AOiCOT1, 2072，2073配對。從光纖激光頭發(fā)射的激光束因而被分割為至少三個光束，并且每個分光束由相應(yīng)的光束調(diào)制器例如AOM調(diào)制。入射AOM的每個分光束具有小于該光纖激光頭的輸出的尺度和光強。將各鏡子2051; 2052，2053和各AOiCOT1,2072，2073安置成偏轉(zhuǎn)與各鏡子2051; 2052，2053的折疊在同一平面中。圖2B顯示了這種布置。
[0055]在一般情況下，用N表示調(diào)制光束的數(shù)量，用標記η表示第η個鏡子，從而各鏡子表不為2051; 2052，...，205ν。第η個鏡子的反射系數(shù)用Rn表不，I < Rn < O。在一個實施例中，
[0056]Rn=I/(N - (η -1))
[0057]圖2C是示出了圖2Α的多光束直刻裝置200的成像子系統(tǒng)201的第二部分的簡化示意圖。從AOiCOT1，2072，2073輸出的每個調(diào)制光束被各自的聚焦子系統(tǒng)20%，20%, 20%聚焦。為簡單起見，術(shù)語“透鏡”和“聚焦透鏡”用于指示聚焦子系統(tǒng)。每個透鏡2071; 2072，2073具有各自的焦距并被設(shè)計成聚焦于離該板的外表面的相應(yīng)深度級別處的點上，并且這在該板221的外表面上創(chuàng)建焦斑，其焦斑尺寸例如依照直徑測量且根據(jù)相應(yīng)透鏡的聚焦的深度級別而改變。
[0058]彈性板221的雕刻發(fā)生于不同深度級別。每個聚焦的調(diào)制光束用于雕刻至相應(yīng)的深度級別。也就是說，每個聚焦的光束可以將板221上的彈性體從表面燒蝕到體內(nèi)，直到其相應(yīng)的深度級別。第一深度級別在該板221的表面上呈現(xiàn)出精細的圖像細部。每個下一深度級別比其前一深度級別更深并一起在彈性板221內(nèi)形成肩部，支承第一級別上的精細的圖像細部。
[0059]圖3A和3B示出了印刷板221中不同雕刻深度級別的視圖。在一個實例中，圖3A顯示了示為深度級別1，2和3的一組深度級別，該組深度級別在軸向(深度)尺度上等距間隔、在相鄰級別間具有相等的間隔并將待雕刻的該彈性體分割成具有相同層厚度的各層。在另一個實例中，圖3B顯示了各深度級別，這些深度級別在間隔上不同并將待雕刻的彈性體分割成具有不同層厚度的各層。
[0060]在圖3A和3B中示為光束I的第一聚焦調(diào)制光束用于雕刻最精細的圖像細部并在該板表面上具有最小的焦斑和最小的焦深。示為光束2的第二光束用于雕刻較粗糙的支承肩部并在該板表面上具有較大的焦斑和較大的焦深。示為光束3的第三即最后的光束僅用于各肩部區(qū)域間的粗糙圖案并在該板表面上具有最大的焦斑和最大的焦深。如上所述，各調(diào)制器的調(diào)制根據(jù)全部成像數(shù)據(jù)的各切片由各控制信號來控制。
[0061]各聚焦透鏡2091;2092，2093的焦距取決于雕刻深度級別和焦斑尺寸而因此相互不同。
[0062]用各獨立光束在不同級別處雕刻可以更容易確定所有透鏡2091; 2092，2093的正確的焦距。因為在深度級別2和3處的粗糙圖案的雕刻不需要小焦斑，在這此焦距的光束定位不需要與深度級別I一樣精確。
[0063]專用于這些不同級別的各激光器強度可以是不同的。深度級別I的雕刻限定了印刷板221的表面上最精細的圖像細部，比其他深度級別需要的強度更低，并因而在一個實施例中，對光束I進行控制以具有比其他光束更低的強度。使用更低強度允許在A0M207P2072，2073上使用更小的光束直徑，而不會達到會對晶體有損傷的強度，以例如W/mm2表達的這種強度稱為晶體的損傷閾值。這比使用更高強度時提供了更快的光束切換能力。
[0064]在一個實施例中，將總共750W分布于三個Α0Μ，第一 AOM的光束只有150W以用于表面上的精細細部，第二 AOM的光束為250W以用于橡膠或其他材料中更深的、細部更少的層，而第三AOM的光束為350W以用于粗雕刻，由于對于這種粗雕刻，因熱透鏡效應(yīng)產(chǎn)生焦斑惡化的偏差相比于其他深度沒有那么嚴重。
[0065]以連續(xù)的步驟實施在該印刷板221上彈性材料的雕刻，以避免過熱。在每一步驟中，僅有一部分彈性材料被燒蝕，從而允許在下一雕刻步驟執(zhí)行前使材料冷卻下來。通過將雕刻過程分成若干個連續(xù)的步驟，更為有效地除去蒸發(fā)的彈性體，并且可以避免或大大減少彈性材料中的熔化效應(yīng)。
[0066]因此，裝置201提供了一種有效方案以通過使用多個單光束來增加對彈性印刷板221進行直刻的生產(chǎn)效率，并且還解決了過熱問題。在一個實施例中，單個激光源203為光纖激光器，各4011207^207^2073由縱向晶體切割的二氧化碲(TeO2)制成并具有4.2mm/μ s的聲速。光束直徑為2.5mm，對在大約I μ m波長處施加150W來說，這是個合理的尺寸。給定速率和光束直徑，聲波穿過晶體中的激光束的時間為大約600ns。
[0067]根據(jù)一個實施例，使用裝置201在該印刷板221上形成單個像素，在每個AOM中的聲波的射頻需要開啟600ns并且所有3個AOM連續(xù)開啟。要開啟的射頻的總時間周期因此為1800ns或1.8 μ S。這相當于大約555kHz的最大切換頻率。
[0068]對分辨率為每英寸1800點(1800DPI)的圖像文件，每個像素具有14 μ m的直徑，假設(shè)是14 μ mX 14 μ m。該系統(tǒng)的最大成像速度近似為:
[0069]14 μ mX 14 μ mX 555kHz ^ 0.39m2/h
[0070]相比之下，使用CO2激光器和由鍺制成的AOM的直刻系統(tǒng)具有5.5mm/ μ s的典型聲速和波長為10.6 μ m、光束直徑為7mm的激光束，導(dǎo)致了 262kHz的較低的切換頻率，因而對于同一圖像文件的較低的最大成像速度為:
[0071]14 μ mX 14 μ mX 262kHz ^ 0.18m2/h
[0072]顯然，使用光纖激光器和TeO2AOM的裝置201比使用CO2激光器和鍺AOM的裝置提供了明顯更高的生產(chǎn)效率。
[0073]圖4顯示了根據(jù)另一個實施例的另一個示例裝置401，該裝置401的操作類似于裝置201。該裝置401也包括激光源203，一組反射鏡205n，n=l，2，3，聲光調(diào)制器207n，n=l，2，3，以及聚焦透鏡209n，n=l，2，3。該裝置401還包括用于每個分激光束的兩個反射器403n，404n，n=l，2，3。反射器403n，404n，n=l，2，3在一個實施例中是具有100%反射率的鏡子，并安置于光束調(diào)制器207n，n=l，2，3與聚焦透鏡209n，n=l，2，3之間的光束路徑上。用于各光束的所有反射器403n，404n, n=l，2，3折疊于同一平面上，從而反射光束保持平行，并且各光束的焦斑沿成像鼓223的軸向在印刷板221上建成一行。與裝置201相比較，通過具有反射器403n，404n，n=l，2，3，裝置401允許聚焦的光束更緊密地安置于一起以雕刻圖像圖案的不同深度級別。
[0074]該裝置401還包括處理頭405,該處理頭405包括用于分光束的聚焦透鏡。因此，在本實施例中，通過該處理頭405將所有聚焦光束施加于該印刷板。
[0075]在一個實施例中，處理頭405提供了除塵和空氣沖洗以保護透鏡光學(xué)器件。圖5Α和5Β提供了該處理頭405靠近的簡化視圖。圖5Α顯示了該處理頭405的橫截面視圖。該處理頭405直接連接于光學(xué)器件外殼503，該光學(xué)器件外殼503包含聚焦透鏡。一個這種透鏡209η被示意性地示出。該處理頭405還包括抽取頭509，其以簡化示意的形式示于圖5Α中。該抽取頭與通向排放單元的軟管連接，并去除被激光束燒蝕的材料進入該排放單元。在一個實施例中，各聚焦透鏡安置成相互遠離大約25mm，從而可以由該抽取頭抽取任何蒸發(fā)的彈性體。
[0076]為了保護這些透鏡免于燒蝕的彈性體粉塵的影響，在聚焦透鏡209前安置防護窗505。為了進一步保護該窗505,在該防護窗505與印刷板221的彈性表面之間大約一半距離處安置金屬護罩507。該金屬護置507具有小開口，例如在聚焦的激光束經(jīng)過的位置處的小孔。該金屬護罩507具有曲率，該曲率的法向量指向該印刷板，并因此由該曲率與印刷板221的曲率一起創(chuàng)建一個狹口，該狹口附著于該成像鼓233。這種布置形成文丘里噴嘴(Venturinozzle),從而增加了在聚焦的光束通過該金屬護罩的開口并打到該板的表面處的排放氣流的速率。
[0077]在一個實施例中，該防護窗505與該金屬護罩507之間的空間具有向后側(cè)的大開口，即在移向遠離該板的表面的方向上。進氣軟管連接于這些開口并供應(yīng)清潔空氣，沖洗進入該金屬護罩507后面的空間。空氣通過用于聚焦的激光束的開口 /孔而離開該金屬護罩507后面的空間。通過由所抽取的空氣的高速率引起的文丘里效應(yīng)驅(qū)使這種空氣流動。
[0078]圖5B顯示了該處理頭405的簡化立體圖。在一個實施例中，該金屬護罩507在兩端具有側(cè)壁。這些側(cè)壁給該抽取頭509的移動和聚焦透鏡209與金屬護罩507之間的空間的流動強加了限制。該金屬護罩507與印刷板221之間的文丘里噴嘴也受限于這些側(cè)壁處。
[0079]圖6顯示了根據(jù)另一個實施例的另一個示例裝置601，該裝置601具有與裝置401類似的操作原理。該裝置601也包括激光源203，一組反射鏡205n，n=l，2，3，聚焦透鏡209η，11=1，2，3，反射器40311，40411，11=1，2，3以及處理頭405。對比于裝置401，在該裝置601中，用于分激光束的每個光束調(diào)制器為聲光偏轉(zhuǎn)器(AOD) 603η，η=1，2，3，以代替圖4的各實施例的聲光調(diào)制器(Α0Μ)。AOD允許通過調(diào)制來調(diào)節(jié)衍射激光束的振幅和頻率，而AOM只能調(diào)整振幅，即衍射激光束的強度。AOD還具有偏轉(zhuǎn)范圍，在該偏轉(zhuǎn)范圍內(nèi)可以調(diào)整輸出光束的角度/位置。
[0080]可以使用A0D603n，n=l，2，3中的任何一個來從單個分光束創(chuàng)建一個以上調(diào)制光束。這通過將多個射頻應(yīng)用于A0D603n，n=l，2，3中的一個或多個來實現(xiàn)。如圖6所示，在一個實施例中，經(jīng)由一個AODeOS1產(chǎn)生兩個調(diào)制光束。需注意的是，雖然圖6顯示了只有兩個調(diào)制光束由一個AOD產(chǎn)生，也可以有多于一個的A0D603n，n=l，2，3用于產(chǎn)生多個調(diào)整光束，并且可以由A0D603n，n=l，2，3中的一個或多個產(chǎn)生多于兩個的調(diào)制光束。圖6所示的結(jié)構(gòu)是示例性的，許多配置和組合在本發(fā)明的不同實施例中是可行的，其對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是清楚的。
[0081]通過產(chǎn)生并使用一個或多個分光束的多個調(diào)制光束，相比于每個分光束產(chǎn)生一個調(diào)制光束，可以大大增加雕刻的生產(chǎn)效率。
[0082]為了使用來自單個分光束的多個調(diào)制光束并將它們安置成直接彼此相鄰，雕刻深度級別需要足夠低。隨著深度級別增加，將更多光束安置成直接彼此相鄰并同時使用它們會在所雕刻區(qū)域的基礎(chǔ)上形成鋸齒狀結(jié)構(gòu)并在該板的表面上的精細的圖像細部中引起熔化效應(yīng)。
[0083]第一深度級別光束的個數(shù)和尺寸確定了用于處理頭405的步長，這意味著其他深度級別即深度級別2、3…的各光束的光束直徑將相應(yīng)增加。
[0084]在一個實施例中，有四個第一深度級別光束、兩個第二深度級別光束和一個第三深度級別光束。
[0085]在另一個具有四個分光束的示例配置中，有八個第一深度級別光束、四個第二深度級別光束、兩個第三深度級別光束和一個第四深度級別光束。
[0086]每增加一個深度級別，增加一倍屬于那個級別的調(diào)制光束的尺寸。例如，如果四個第一深度級別光束具有12.7 μ m的光束直徑，則兩個第二深度級別光束將具有25.4 μ m的尺寸，以及一個第三深度級別光束將具有51 μ m的光束直徑。
[0087]因為較低深度級別的雕刻是為了形成支持肩部給第一深度級別即印刷板221的表面處所雕刻的圖像圖案，在較低深度級別使用一個以上的光束可以視為等同于增加這些光束的焦斑尺寸。
[0088]為了使用多個光束來雕刻一個圖像圖案，在該印刷板的表面上安放并對齊不同深度級別的聚焦的激光束以確保精確疊加表面層與各肩部層。在所有雕刻方向上實行光束定位，在鼓式成像器實施例中為軸向，也稱為水平方向(圖7A)，而在圓周方向上也稱為垂直方向(圖7B)。該軸向是雕刻方向。
[0089]圖7A顯示了例如401或601的裝置實施例中軸向上的光束定位。首先，將由不同光束要雕刻的各圖像圖案布置成彼此相隔一定距離，在一個實施例中為相等的距離，從而各光束的間隔等距。然后使用A0M207n，n=l，2，3或A0D603n，n=l，2，3的偏轉(zhuǎn)范圍來微調(diào)水平位置并校正任何不一致。在圖7A中，光束2和光束3需要被對齊。
[0090]圖7B顯示了使用例如401或601的裝置在圓周方向上的光束定位。通過相應(yīng)地延遲對用于一個或多個光束的A0M207n，n=l，2，3或A0D603n，n=l，2，3的輸入來調(diào)整聚焦的光束的垂直位置。圖7B顯示了在一個實例中延遲光束3和光束I以使它們在彈性表面上與光束2處于同一垂直位置。
[0091]可以使對齊步驟半自動化。為了使第二光束與第一光束對齊，例如可以先由第一光束雕刻十字準線圖案。接著通過連續(xù)地改變該第二光束的水平位置或垂直位置來由該第二光束雕刻一組十字準線圖案，對于每個改變的位置雕刻一個十字準線。機器操作者可以選擇在第二光束的十字準線完全地安置于第一光束的十字準線上的雕刻之后，將相應(yīng)的配置輸入進⑶I的計算機中。通過重復(fù)這種過程，可以相應(yīng)地設(shè)置多個光束的水平位置和垂直位置。
[0092]圖8顯示了操作直刻裝置例如裝置401或601的方法的流程圖。該方法包括在803中使用激光束源產(chǎn)生入射激光束，并在805中使用由一個或多個分束器組成的一組分束器來分割該入射激光束以形成多個分光束。該方法包括在807中使用各光束調(diào)制器根據(jù)成像數(shù)據(jù)來調(diào)制各分光束以創(chuàng)建多個調(diào)制光束。如上所述，在一個版本中，該光束調(diào)制器是聲光調(diào)制器，而在另一個版本中是聲光偏轉(zhuǎn)器。結(jié)果，為每分光束創(chuàng)建一個或多個調(diào)制光束。在809中每個調(diào)制光束由一個或多個反射器例如具有完全反射率的鏡子來反射,從而反射的調(diào)制光束更緊密地安置于一起。最后在811中，每個反射的光束由聚焦子系統(tǒng)聚焦于彈性印刷板的表面上以對該板進行直刻。因此實施了直刻。
[0093]根據(jù)本發(fā)明所揭示的內(nèi)容來實現(xiàn)某些實施例的基礎(chǔ)可以是外鼓式成像器例如ES丨(O? 的賽麗版數(shù)字成像器(Cyrel Digital Imager,簡稱 “CDI”)或 Linotype Hell?的成像設(shè)備。
[0094]本發(fā)明所揭示的與裝置相關(guān)聯(lián)的各部件和與方法相關(guān)聯(lián)的各步驟可以在很大范圍上改變?？梢蕴砑?、刪除、更改、組合和重新排序這些部件和步驟而不偏離本發(fā)明所揭示范圍的精神。因此，本發(fā)明的各實施例應(yīng)被視為是示例性的而非限制性的，并且這些實施例不限于本文所給出的細節(jié)，可以在所附權(quán)利要求書范圍內(nèi)進行修改。
【權(quán)利要求】
1.一種裝置，其特征在于，包括: 激光源，該激光源具有足夠功率輸出以對安放于鼓式成像器的成像鼓上或平臺成像器的平臺上的彈性印刷板進行直刻，所述鼓式成像器的鼓是可繞縱軸旋轉(zhuǎn)的并具有由旋轉(zhuǎn)軸限定的縱向和沿所述鼓的圓周限定的橫向，所述平臺成像器具有縱向和垂直于該縱向的橫向，所述板具有外表面和彈性體，所述激光源在操作時發(fā)射入射激光束； 由一個或多個分束器組成的一組分束器，該組分束器可操作為將所述入射激光束分割成多個分光束； 多個光束調(diào)制器，所述多個光束調(diào)制器可操作為同時調(diào)制所述多個分光束，根據(jù)成像數(shù)據(jù)各部分來控制各光束調(diào)制器以從每個分光束創(chuàng)建一個或多個調(diào)制光束； 用于每個分光束的聚焦子系統(tǒng)，所述聚焦子系統(tǒng)可操作為將從所述分光束創(chuàng)建的一個或多個調(diào)制光束聚焦于所述印刷板上； 其中，當所述鼓式成像器或平臺成像器中包括的驅(qū)動結(jié)構(gòu)在聚焦的調(diào)制光束與所述板之間提供橫向和縱向上的相對運動時，根據(jù)成像數(shù)據(jù)各部分進行的調(diào)制發(fā)生， 每個聚焦子系統(tǒng)具有焦距，每個聚焦的調(diào)制光束具有焦斑，所述焦斑對應(yīng)于所述調(diào)制光束被聚焦于所述板的各自深度級別而在所述板的外表面上具有焦斑尺寸， 至少兩個聚焦子系統(tǒng)具有不同的焦距，從而在外表面上的焦斑尺寸不同，由此所述印刷板的表面上的每個點和所述板同時由具有不同焦斑尺寸的多個調(diào)制光束來雕刻，以及 所述調(diào)制光束的焦斑是 相互平行的，從而聚焦的調(diào)制光束的焦斑沿所述印刷板的軸向建成一行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)制光束是相互平行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多個分光束包含至少三個分光束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的裝置，其特征在于，所述的由一個或多個分束器組成的一組分束器包含一組反射鏡，每一個具有反射系數(shù)并根據(jù)所述反射系數(shù)反射全部或部分入射激光束。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的裝置，其特征在于，第一焦斑和第二焦斑分別在所述印刷板的體內(nèi)的第一深度級別和第二深度級別進行雕刻，所述第二深度級別比所述第一深度級別深，并且所述焦斑大于所述第二焦斑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括: 一個或多個反射器，所述一個或多個反射器布置于所述光束調(diào)制器與所述聚焦子系統(tǒng)之間以反射每個調(diào)制光束，從而來自不同分光束的調(diào)制光束是平行的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的裝置，其特征在于，至少一個光束調(diào)制器是能夠從一個分光束創(chuàng)建多個調(diào)制光束的聲光偏轉(zhuǎn)器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)制器是聲光偏轉(zhuǎn)器，每一個具有偏轉(zhuǎn)范圍，可應(yīng)用所述偏轉(zhuǎn)范圍以使所述調(diào)制光束在軸向上相對于彼此對齊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括用于分光束的延遲器，可應(yīng)用所述延遲器以延遲至所述調(diào)制器的所述分光束，從而所述調(diào)制光束在橫向上彼此相對對齊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括處理頭，用于所述分光束的所有聚焦透鏡被包含于所述處理頭中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的裝置，其特征在于，所述聚焦透鏡與所述印刷板之間的任何空間由金屬護罩分隔開，所述金屬護罩具有開口以允許聚焦的調(diào)制光束傳播至所述印刷板上，所述金屬護罩具有曲率，該曲率具有朝向所述印刷板的法向量，形成文丘里噴嘴，該文丘里噴嘴防止粉塵進入所述金屬護罩與所述聚焦透鏡之間的空間。
12.一種方法，其特征在于，包括以下步驟； 從激光源發(fā)射入射激光束充足功率輸出以對安放于鼓式成像器的成像鼓上或平臺成像器的平臺上的彈性印刷板進行直刻，所述鼓式成像器的鼓是可繞縱軸旋轉(zhuǎn)的并具有由旋轉(zhuǎn)軸限定的縱向和沿所述鼓的圓周限定的橫向，所述平臺成像器具有縱向和垂直于該縱向的橫向，所述板具有外表面和彈性體； 由一個或多個分束器分割所述激光束以創(chuàng)建多個分光束； 使用多個光束調(diào)制器來同時調(diào)制所述多個分光束以從每個分光束創(chuàng)建一個或多個調(diào)制光束，根據(jù)成像數(shù)據(jù)各部分來控制各光束調(diào)制器；以及 同時聚焦所述一個或多個調(diào)制光束以創(chuàng)建一個或多個聚焦的調(diào)制光束，聚焦的調(diào)制光束聚焦于離所述印刷板的外表面的多個深度處， 其中，每個聚焦的調(diào)制光束具有焦斑，所述焦斑具有焦點尺寸，并且至少兩個焦斑位于所述印刷板的表面上的不同位置處并聚焦于所述印刷板的體內(nèi)的不同深度級別處；以及 所述調(diào)制光束相互平行，從而聚焦的調(diào)制光束的焦斑沿所述印刷板的軸向建成一行。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，第一焦斑和第二焦斑分別在所述印刷板的體內(nèi)的第一深度級別和第二深度級別進行雕刻，所述第二深度級別比所述第一深度級別深，并且所述焦斑大于所述第二焦斑。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟: 延遲至所述調(diào)制器的一個或多個分光束以使所述調(diào)制光束在所述橫向上彼此相對對齊， 安置所有所述聚焦透鏡于處理頭中；以及 其中，所述聚焦透鏡與所述印刷板之間的任何空間由金屬護罩分隔開，所述金屬護罩具有開口以允許聚焦的調(diào)制光束傳播至所述印刷板上，所述金屬護罩具有曲率，該曲率具有朝向所述印刷板的法向量，形成文丘里噴嘴，該文丘里噴嘴防止粉塵進入所述金屬護罩與所述聚焦透鏡之間的空間。
【文檔編號】G03F7/20GK104049470SQ201410088118
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月11日
【發(fā)明者】W·西弗斯 申請人:艾司科影像有限公司