一种用于柔性印版的直接刻制的光学成像头,包括:至少两组辐射源,每组包括至少一个辐射源,其中每组中的辐射源发出具有与另一组的辐射源的强度和光斑大小不同的、相同的强度和光斑大小的辐射,所述两组的辐射源同时运作。
1.一种用于三维地刻制柔性印版(5)的系统,包括:第一组(31,42)的多个二极管激光器,每个二极管激光器发射具有大致相同的强度的辐射,其中所述二极管激光器被布置成阵列(63,90,100,110,111,112,113);第一多个光学元件(54,61,91,92),与第一组的多个二极管激光器耦合,用于将从该第一组的多个二极管激光器发射的辐射成像到柔性印版上;第二组(36,43)的多个二极管激光器,每个二极管激光器发射具有大致相同的强度的辐射,其中所述二极管激光器被布置成阵列(63,90,100,110,111,112,113);和第二多个光学元件,与第二组的多个二极管激光器耦合,用于将从该第二组的多个二极管激光器发射的辐射成像到柔性印版上,其中第一组的多个二极管激光器的强度和光斑大小不同于第二组的多个二极管激光器的强度和光斑大小,其中所述第一和第二组的二极管激光器安装在沿着旋转鼓(30,45)的纵轴移动的托架装置(38,39,41)上,所述旋转鼓上安装有所述柔性印版,并且其中所述第一和第二组的二极管激光器被控制装置(34,44)控制为相互独立地被布置在相对于旋转鼓(30,45)的不同位置处以便以同时运作的方式在柔性印版上刻制,其中所述第一组二极管激光器被引导来烧蚀小的区、需要精细细节的区和所述第一组二极管激光器被引导以运作的大区,而所述第二组二极管激光器被引导来烧蚀大于或等于所述第二组二极管激光器的光点大小的大的区;其中第一(38)和第二(39)组的多个二极管激光器被分别安装在第一和第二可移动托架上;并且所述第一和第二组的多个二极管激光器由所述控制装置(34,44)根据包含图像的细节的数据独立控制。
2.如权利要求1所述的系统,其中,所述二极管激光器包括多发射极激光二极管、激光器条、激光器叠阵或光纤激光器(84,90,100,111,112,113)。
3.如权利要求1所述的系统,其中,第一多个光学元件包括远心透镜。
4.如权利要求1所述的系统,其中,第二多个光学元件包括远心透镜。
5.如权利要求1所述的系统,其中,第一多个光学元件包括至少一个准直透镜。
6.如权利要求1所述的系统,其中,第二多个光学元件包括至少一个准直透镜。
7.如权利要求1所述的系统,其中,第一多个光学元件包括准直透镜阵列。
8.如权利要求1所述的系统,其中,第二多个光学元件包括准直透镜阵列。
9.如权利要求1所述的系统,其中,来自第一组的多个二极管激光器的辐射被合并入单个光路。
10.如权利要求1所述的系统,其中,来自第二组的多个二极管激光器的辐射被合并入单个光路。
11.如权利要求1所述的系统,其中,第一组的多个二极管激光器能够在柔性印版上刻制精细细节。
12.如权利要求1所述的系统,其中,第二组的多个二极管激光器能够在柔性印版上刻制宽的细节。
13.一种刻制柔性印版的方法,包括:由第一组的多个二极管激光器的每一个发射具有大致相同的强度的辐射,其中所述二极管激光器被布置成阵列;由与第一组的多个二极管激光器耦合的第一多个光学元件将从第一组的多个二极管激光器发射的辐射成像到柔性印版上;由第二组的多个二极管激光器的每一个发射具有大致相同的强度的辐射,其中所述二极管激光器被布置成阵列;以及由与第二组的多个二极管激光器耦合的第二多个光学元件将从第二组的多个二极管激光器发射的辐射成像到柔性印版上,其中第一组的多个二极管激光器的强度和光斑大小不同于第二组的多个二极管激光器的强度和光斑大小,其中所述第一和第二组的二极管激光器安装在沿着旋转鼓的纵轴移动的托架装置上,所述旋转鼓上安装有所述柔性印版,并且其中所述第一和第二组的二极管激光器被控制装置控制为相互独立地被布置在相对于旋转鼓的不同位置处以便以同时运作的方式在柔性印版上刻制,其中所述第一组二极管激光器被引导来烧蚀小的区、需要精细细节的区和所述第一组二极管激光器被引导以运作的大区,而所述第二组二极管激光器被引导来烧蚀大于或等于所述第二组二极管激光器的光点大小的大的区;其中第一和第二组的多个二极管激光器被分别安装在第一和第二可移动托架上;并且所述第一和第二组的多个二极管激光器由所述控制装置根据包含图像的细节的数据独立控制。
14.如权利要求13所述的方法,其中,将由第一组的多个二极管激光器发射的辐射成像的步骤包括将从第一组的多个二极管激光器发射的辐射合并入单个光路。
15.如权利要求13所述的方法,其中,将由第二组的多个二极管激光器发射的辐射成像的步骤包括将从第二组的多个二极管激光器发射的辐射合并入单个光路。
16.如权利要求13所述的方法,还包括使用第一组的多个二极管激光器在柔性印版上刻制精细细节。
17.如权利要求13所述的方法,还包括使用第二组的多个二极管激光器在柔性印版上刻制宽的细节。技术领域
本发明涉及用于柔性印版的直接刻制的光学打印头和方法。
背景技术
柔性印版的直接刻制需要直接使用激光系统在印版材料上刻制三维(3-D)。这与二维(2-D)成像技术有显著的不同,2-D成像技术需要后处理步骤来生成三维特征。这种差异为激光成像系统引入了一些挑战:1.激光系统必须有足够的功率来烧蚀材料;和2.激光光斑应该足够小,以实现高质量印刷所需要的精细细节。虽然高功率密度未必与激光可聚焦性冲突,但从实用的角度来看,这些激光器提供了显著高于宽点激光器的每瓦特输出光功率的成本。因此,最好是用可产生高输出的光功率的宽激光源操作,而不是用可能有高功率密度但总输出功率相对较低的小点源。因此,引人兴趣的是使用结合精细点激光源和宽点激光源的特点的激光系统,精细点激光源处理需要精细细节加网(screening)的区,宽点激光源用于特征包括大的实心区的图像部分。授予朱芬格(Juffinger)等人的美国专利号6857365提供了通过将浮雕引入印刷块空白的表面来生产印刷块的方法。为形成浮雕,由辐射沿轨迹去除印刷块空白的材料。浮雕区可以通过频繁接触安装在相同的光学头上的辐射源放射的辐射而沿同一轨迹以不同深度形成。小川(Ogawa)的美国公开专利申请号2006/0065147提供了用两个进程刻制柔性直接印版的方法。一个是精密刻制进程,用具有小直径的精密刻制光束以精密刻制像素间距照射柔印直接印版以将印版刻制为最大深度。另一个是粗略刻制过程,用具有较大直径的粗略刻制光束以大于精密刻制像素间距的粗略刻制像素间距照射柔印直接印版以将印版刻制到浮雕深度。一个可变的扩束器改变从单个激光源发射的激光束的直径。希佛斯(Sievers)的美国专利号6150629提供了用于使用调制的激光束刻制工件表面以在工件表面形成期望的轮廓的激光刻制机。轮廓的精细结构用具有相对较高调制频率的声光调制器调制的第一激光器的激光束形成,而期望轮廓的深区是由第二激光器的激光束形成,为此,一方面调制器、另一方面第二激光束源由相互关联但分离的控制信号驱动。来自调制器和第二激光束源的两个垂直偏振的激光束分别由选择性镜子传递和反射,共同通过单个光学系统施加到要加工的工件表面。希佛斯(Sievers)的美国公开专利申请20060132592提供了用来自两个或两个以上光束的合并的光通量转印图像。具体的实施例利用从第一宽光束和与第一光束共同照射印版的多个可控的脉冲光束的合并的照射为CTP系统烧蚀掩模印版。小川(Ogawa)的美国公开专利申请号20060203861提供了有记录鼓和记录头的激光刻制机,该记录鼓可以与在周边安装的柔印敏感材料一起旋转,该记录头可平行于该记录鼓的轴移动。记录头包括:发射精密刻制束L1的第一激光源、发射粗略刻制束L2的第二激光源、用于调制精密刻制束L1的AOM、用于造成精密刻制束L1轴向扫描记录鼓的AOD、用于调制粗略刻制束L2的AOM、合成装置、和用于聚集合成设备合成的精密刻制束L1和粗略刻制束L2到柔印敏感材料上的光学器件。
发明内容
本发明是一种结合了用于处理需要精细细节加网的区的精细点辐射源和用于处理包括大的基本实心区的宽点辐射源的特点的辐射系统。特别是,一种用于刻制柔性印版的系统,包括:第一组的一个或多个辐射源,每个辐射源放射具有大致相同的强度的辐射;第一一个或多个光学元件,与第一组的一个或多个辐射源耦合,将从该第一组的一个或多个辐射源发射的辐射成像在柔性印版上;第二组的一个或多个辐射源,每个辐射源放射具有大致相同的强度的辐射;和第二一个或多个光学元件,与第二组的一个或多个辐射源耦合,将从该第二组的一个或多个辐射源发射的辐射成像在柔性印版上,其中第一组的一个或多个辐射源的强度和光斑大小不同于第二组的一个或多个辐射源的强度和光斑大小,其中所述第一和第二组的辐射源同时运作。另外,一种刻制柔性印版的方法,包括:由第一组的一个或多个辐射源的每一个发射具有大致相同的强度的辐射;由与第一组的一个或多个辐射源耦合的第一一个或多个光学元件将从第一组的一个或多个辐射源放射的辐射成像在柔性印版上;由第二组的一个或多个辐射源的每一个发射具有大致相同的强度的辐射;由与第二组的一个或多个辐射源耦合的第二一个或多个光学元件将从第二组的一个或多个辐射源放射的辐射成像在柔性印版上,其中第一组的一个或多个辐射源的强度和光斑大小不同于第二组的一个或多个辐射源的强度和光斑大小,其中所述第一和第二组的辐射源同时运作。
附图说明
图1是示出了柔性印版上的空白和升高的墨转印区的图;图2是示出了表面被压的柔性印版的图;图3是在两个不同的光托架上安置的混合光学头概念的框图;图4是在一个光托架上安置的混合光学头概念的框图;图5示出了由光学系统成像到柔性印版上的光纤耦合二极管;图6是示出了成阵列安置并由远心透镜成像在柔性印版上的多个光纤耦合二极管激光器和光纤的框图;图7是示出了准直从二极管激光器来的辐射的准直透镜的框图;图8是示出了被准直和成像到柔性印版的、从耦合的二极管激光器来的辐射的框图;图9是示出了各个被准直和成像到柔性印版的多个耦合的二极管激光器的框图;图10是示出了半导体激光器条的快速和慢速轴准直的框图;图11是快速纵向和横向叠阵的激光器条的图;和图12是示出了通过使用偏振光束合并器的光束合并的框图。
具体实施方式
称为混合光学头系统(HOHS)的高功率宽点和低功率精细点的辐射源的组合非常适合于直接刻制柔印应用的三维处理。参照图1,因为柔性印版(FP)5被直接按到诸如纸张和包装材料等(未示出)的印刷介质上,将墨转印到印刷介质的区10需要从不转印墨的空白区11抬高。所需要的空白区11的深度是,当FP5被按到另一表面时,空白区11应不接触该表面。参照图2,FP24被压力20紧紧地压着接触面23。由于FP24是可变形的,所以,由大的空白区25(通常用来生成成像中的大的实心区)隔离的成像特征21将比由小的空白区26(通常用来生成成像中的精细细节区)隔离的成像特征22变形更强,并被推动更接近接触面23。因此,大的空白区25必须保持比小的区26更大的深度,以防止与接触面23接触。因此,由此可见,小的空白区26被辐射系统刻成的深度可以比大的空白区25所需的深度更浅。HOHS利用这一事实,即大的实心区需要处理到大于精细细节所需的深度的深度。HOHS可用至少两组辐射源配置,各组包括至少一个辐射源,其中各组的辐射源发出具有不同于其它组的辐射源的强度和光斑大小的、相同的强度和光斑大小的辐射,其中各组的辐射源同时运作。辐射源包括但不限于激光器、激光二极管、多发射极激光二极管、激光器条、激光器叠阵和光纤激光器等。例如,低功率精细激光源可以协助处理实心区;但是,高功率宽激光源可能只在大于或等于其光斑大小的区运作。精细和宽的激光源可整合为单个光学头,或分离到其自己的分离的安装的头中。在每一个配置中,激光源被相互独立地控制和驱动。例如,该HOHS可利用下列源中的一个:1.100微米孔径、能发6.5W的光纤耦合的单发射极二极管激光器,例如可从JDSU得到的波长为9xxxa0nm、光纤耦合、6.5W的激光二极管。其描述见于(http://www.jdsu.com/index.cfm?productid=605&pagepath=Products/Commercial_Lasers/Products/Laser_Diodes&id=2008)。这一特定的JDSU激光源可能取决于成像光学器件以几十微米的量级成像到精细点,而不严重损害焦深。2.可以提供几十瓦的输出功率的半导体棒。阵列或叠阵的几个棒可以将几百瓦提供到一个大点中。单个的棒能够生成400微米的点而不严重损害焦深。此外,单个的棒能够在短的曝光时间内将粗略特征刻制到显著的深度。精细激光源或多种精细激光源可包括诸如例如可从JDSU得到的波长为9xxxa0nm、光纤耦合、6.5W的激光二极管(http://www.jdsu.com/index.cfm?productid=605&pagepath=Products/Commercial_Lasers/Products/Laser_Diodes&id=2008)的具有单发射极的二极管激光器。精细源激光和宽源激光都可以光纤耦合和非光纤耦合配置得到。在光纤耦合配置,激光使用单独的聚焦透镜或通过将光纤末端处理到能够将光折射到光纤中的表面而定义的透镜耦合到光纤。从光纤中浮现的孔径的大小由光纤的径向尺寸决定。由于从孔径输出的光发散,所以,需要使用透镜或透镜系统来对其成像以产生所期望的光斑大小。图3示出了HOHS的一个实施例,其中精细激光源31和宽激光源36分别安装在托架39和38上,该托架39和38沿在其上安装了FP40的旋转鼓30的纵轴移动。激光源31和36由控制设备34控制,托架39和38可相互独立置放在相对旋转鼓30的不同位置。在运作中,FP40附着在鼓30上,然后转动。在转动中,控制设备34引导激光源36来烧蚀大于或等于激光源36的光点大小的某些大的区,而激光源31被引导来烧蚀一些小的区、需要精细细节的区和激光源31被引导以运作的大区。激光源31和36分别在各自的托架39和38上移动,以在它们需要运作的区定位激光源31和36。图4示出了HOHS的另一实施例,其中精细激光源42和宽激光源43安装在同一托架41上。激光器42和43由控制设备44根据包含图像的细节的数据独立控制,对安装在鼓45上的FP46进行刻制。在运作中,FP46附着在鼓45上,然后转动。在转动中,控制设备44引导激光源43来烧蚀大于或等于激光源43的光点大小的某些大的区;而激光源42被引导来烧蚀一些小的区、需要精细细节的区和激光源42被引导以运作的大区。激光源42和43在托架41上运动,以在它们需要运作的区定位激光器42和43。图5示出了耦合到光纤52的光纤耦合二极管激光器50,光纤52耦合到成像光学系统54,该成像光学系统54达到了期望尺寸的点来聚焦到刻制介质55上进行刻制。在本实施例中,光纤52可以是单模激光源、多模光纤或用于多模激光源的光纤束。图6描述了其中使用了多个光纤耦合二极管激光器63的另一实施例。光纤60以阵列安置,能够被透镜或透镜系统61成像到刻制介质62上。在一个例子中,透镜系统61可配置为远心透镜。在另一个例子中,二极管激光器63或多个二极管激光器63可以不是光纤耦合二极管。从二极管激光器发射的光束离开其前端面时扩散,需要用位于接近发射极的透镜捕获。往往光是准直离开透镜的,即,光沿光轴以最小的发散传播。准直透镜可能包括单个的透镜元件或几个元件。如果激光二极管63不是光纤耦合的,就需要额外的元件来生成圆形的光束轮廓。图7描述了从二极管激光器71发射并由准直透镜70准直的激光束75。可以在光束72的路径上放置后续的光学系统73来将光束成像到刻制介质74上。光学系统73还可以包括整形作为圆从准直透镜中发出来的激光束72的元件。从激光二极管发出来的激光束75本质上具有椭圆形的截面。图8示出了非光纤耦合二极管光学装置80,包括二极管激光器84、准直透镜81和用于成像到刻制介质83上的成像透镜82。图9示出了在定义明确的阵列中形成的一个或多个二极管激光器90。如同单个二极管激光器的情形,从每个二极管90来的光被各自的准直透镜91俘获。从准直透镜91的阵列来的光被俘获到成像透镜系统92中,然后成像在刻制介质93上。宽激光源可以用光纤耦合的或非光纤耦合的半导体激光器条或叠阵构造,例如可以从http://www.dilas.de/products/products.html以及http://www.scd.co.il/lapid.asp得到。激光器条从比较大的区发射光,其宽度通常是10或12mm,包括子发射极阵列。总的条输出功率达到50瓦特或更大。图10说明了带有多个发射极的激光器条100。为准直光,光学系统包括透镜101和额外的透镜102,透镜101准直角跨度为65度的快速轴,透镜102准直慢轴,它在每个单独的发射极的前面包括圆柱形元件。图11A示出了纵向耦合的若干个条110,图11B示出了横向耦合的若干个条111。每个条110和111分别配置有发射极阵列112和113。条110产生的输出功率是所有单个条所产生的输出功率的总和。条110和111可单独寻址。还可以使用诸如偏振和/或波长依赖型光合束器的光学元件来合并从若干个这样的激光器件来的光,以增加宽激光源的亮度。从这些条发射出的光可以利用各种微型光学元件耦合到光纤或光纤束中。光纤耦合或非光纤耦合源然后成像到期望的光斑大小,该光斑大小相对于精细点是宽的。这个激光点然后用于将柔性印版的粗略结构烧蚀成所需的浮雕。在图12中说明了合并光偏振的一个例子。激光束124是从激光源120来的耦合到准直透镜122的准直激光束。该光束进入偏振光合束器(PBC)128。PBC和激光源120的取向是使从PBC的输出与其原始方向成直角。来自激光源121耦合到准直透镜123的光束125与激光束124类似。光束125进入极化半波长阻波板(polarizationxa0halfxa0wavelengthretardingxa0waveplate)126。出射束127的偏振态旋转了90度。通过进入PBC128,光束127被传递并与光束124结合形成合并的输出光束129。当使用发出不同波长的光的激光二极管时,光源可以适应于诸如在共有的美国专利申请号11/353217中所描述的印版的直接刻制印版的特殊的光热特性。部件列表5xa0xa0xa0xa0柔性印版10xa0xa0xa0墨转印区11xa0xa0xa0空白区20xa0xa0xa0压力21xa0xa0xa0图像特征22xa0xa0xa0图像特征23xa0xa0xa0接触面24xa0xa0xa0柔性印版25xa0xa0xa0大的空白区26xa0xa0xa0小的空白区30xa0xa0xa0旋转鼓31xa0xa0xa0精细激光源34xa0xa0xa0控制设备36xa0xa0xa0宽的激光源38xa0xa0xa0托架39xa0xa0xa0托架40xa0xa0xa0柔性印版41xa0xa0xa0托架42xa0xa0xa0精细激光源43xa0xa0xa0宽的激光源44xa0xa0xa0控制设备45xa0xa0xa0鼓46xa0xa0xa0柔性印版50xa0xa0xa0xa0二极管激光器52xa0xa0xa0xa0光纤54xa0xa0xa0xa0成像光学系统55xa0xa0xa0xa0刻制介质60xa0xa0xa0xa0光纤61xa0xa0xa0xa0透镜系统62xa0xa0xa0xa0刻制介质63xa0xa0xa0xa0二极管激光器70xa0xa0xa0xa0准直透镜71xa0xa0xa0xa0二极管激光器72xa0xa0xa0xa0激光束73xa0xa0xa0xa0光学系统74xa0xa0xa0xa0刻制介质75xa0xa0xa0xa0激光束80xa0xa0xa0xa0光学器件81xa0xa0xa0xa0准直透镜82xa0xa0xa0xa0成像透镜83xa0xa0xa0xa0刻制介质84xa0xa0xa0xa0二极管激光器90xa0xa0xa0xa0二极管激光器91xa0xa0xa0xa0准直透镜92xa0xa0xa0xa0透镜系统93xa0xa0xa0xa0刻制介质100xa0xa0xa0激光器条101xa0xa0xa0透镜102xa0xa0xa0额外的透镜110xa0xa0xa0条111xa0xa0xa0条112xa0xa0xa0发射极113xa0xa0xa0发射极120xa0xa0xa0激光源121xa0xa0xa0激光源122xa0xa0准直透镜123xa0xa0准直透镜124xa0xa0激光束125xa0xa0光束126xa0xa0阻波板127xa0xa0出射光束128xa0xa0偏振光合束器129xa0xa0输出光束