专利名称：光调节设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1所述的光照明设备。
背景技术：
通常的光照明设备包括一适用于照明一光敏材料的装置。这样的材料可以包括例如印刷板、适合于快速原形(rapid prototyping)的材料、胶卷等。照明的目的是为了获得该照明材料特性的某些改变。这样的照明因此可以例如在该照明材料或一特定构造上建立影像。
为了获得所需要的照明，必须调节光。调节传送到光照表面的光的一现有技术方法是运用一个或多个在光照表面上进行扫描时能进行调节的光束激光。
照明一光照表面的另一种更新的方法是运用一所谓的空间光调节器。这样的调节器的示例可以是DMD、LCD等等。所述空间光调节器适用于将一输入光束调节为许多单独的已调节光束。
该现有技术的一个问题是，结合采用的光调节器的性质与一些应用中的所需能量和照明速度，可获得的照明速度受到一些限制。
发明内容
本发明涉及一种包括至少一曝光头和至少两个光调节设备的光照明设备。
所述两个光调节装置的每一个各包括一个空间光调节器和一通过所述空间光调节器用于照明一光照表面而布置的联合光发射器。
所述两个光调节装置的每一个均为数字控制。
所述设备包括在所述至少一曝光头和所述光照表面之间沿至少一个方向进行相对运动的装置。
根据本发明已经实现，一可动曝光头可以有利地包括两个空间光调节器，由此便于在同一时间利用两个调节器进行扫描。
在本发明的一实施例中，所述光照明设备包括至少一曝光头和至少两个光调节装置。
所述两光调节装置的每一个各包括一个空间光调节器和一通过所述空间光调节器用于照明一光照表面而布置的联合光发射器。
所述两个光调节装置的每一个均为数字控制。
所述设备包括在所述至少一曝光头和所述光照表面之间沿至少一个方向进行相对运动的装置。
在本发明的一实施例中，所述至少两个光调节装置布置在同一曝光头上。
在本发明的一实施例中，所述相对运动为一扫描运动。
在本发明的一实施例中，通过相对于所述光照表面移动所述至少一个曝光头来实现所述相对运动。
在本发明的一实施例中，通过相对于所述至少一个曝光头移动所述光照表面来实现所述相对运动。
在本发明的一实施例中，至少一个曝光头包括两光调节装置。因此，通过在一个曝光头上设置两个空间光调节装置的方式建立了一有成本效益的照明光照表面的方法，从而获得了以相对高速扫描运动照明所述光照表面的照明装置。在上下文中注意的是，当所述运动装置的重量增加时，操作一曝光头可能有一定难度。
在本发明的一实施例中，通过相对于所述至少一个曝光头移动所述光照表面来实现所述相对运动。
在本发明的一实施例中，至少一个曝光头包括两光调节装置。
在本发明的一实施例中，所述光调节装置布置在至少两个不同的曝光头上，其中，所述曝光头在所述光照表面上进行扫描运动。当运用两个或更多的自由运行扫描曝光头时，对所述光照表面的照明可以谨慎地最优化，从而避免了所谓的“额外扫描”。原则上讲，由于所述曝光头进行的扫描可以适应以避免在所运用的曝光头之间的任何冲突的运动，因此，可以避免任何多余的扫描或至少使其最小化。由于这样的扫描运动确保一高速照明，而所述自由运行头确保了如上所述的光照表面的照明最优化，因此，多个自由运行曝光头通过扫描来照明一光照表面在效率上是相当有优势的。
根据上述自由运行曝光头的又一个实施例，其数量可以超过两个，例如总数为三个或更多。而且，每个曝光头可以例如包括两个或更多的例如图2所描述的类型的照明装置。
当布置所述空间光调节器以照明两个大体上分开的所述光照表面的子区域时，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述空间光调节装置对正使得两个光调节器的行平行定向时，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述空间光调节装置对正使得所述两空间光调节器的相邻行大体上定位，以使得所述两空间光调节器的两相邻行之间的距离(DN)大体上与单一光调整器的行之间的距离(DR)相同，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述两空间光调节器中心之间的距离的“x向投影”(D1)小于200毫米，优选小于150毫米，更优选大致为120毫米时，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述两空间光调节器中心之间的距离的“y向投影”(D2)小于50毫米，优选小于35毫米，更优选是运用SXGA和XGA时大体上相应为25.6毫米或20.5毫米时，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述两空间光调节器中心之间的距离小于121.73毫米(XGA)或122.70(SXGA)时，就得到本发明的一个有利实施例。
根据本发明可以认识到，所述光调节装置相当近的定位便于提高全面扫描的速度从而使有效扫描区域最优化。因此距离最小化的结果是，在扫描线的末端，所述曝光头的两空间光调节器尽可能长地维持有效。
当所述曝光头包括冷却装置时，就得到本发明的一个有利实施例。
冷却装置可以例如包括电驱动风扇。
当每个空间光调节装置各包括独立的冷却装置时，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述大体上分离的子区域包括所述光照表面的邻接表面时，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述至少一个方向大体上横向于所述光照表面的相对运动时，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述至少一个方向确立为利用所述空间光调节器至少两个光调节器照明所述光照表面上的一个受照像素，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述至少一个方向确立为利用所述空间光调节器至少一个调节器行照明所述光照表面上的一个受照像素，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述曝光头相对所述光照表面沿至少两个方向可动，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述光发射器包括一光源，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述光发射器包括连接到一光源的一光导之至少一个光发射端，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述光发射器包括一灯泡，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述光发射器包括一LED矩阵，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述空间光调节器包括一DMD芯片，就得到本发明的一个有利实施例。
所述照明装置的空间光调节阵列可以是一可传送的微机械快门阵列(transmissive micro-mechanical shutter array)，其在WO98 47048和WO9847042中得到公开并在此作为参考。
另一类型的空间调节器可以是DMD调节器或例如是LCD光调节器。
当所述空间光调节器包括一微机械可传送光调节器(micro-mechanical transmissive light modulator)，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述光照表面包括一印刷板，就得到本发明的一个有利实施例。
当所述光照表面包括一光敏材料，例如环氧树脂，就得到本发明的一个有利实施例。还可以采用在本发明范围内的其它光敏材料，例如，丝网印刷用的感光乳剂、PCB感光乳剂，等等。
根据本发明，所述照明装置可以适用于所谓的快速原形(rapidprototyping)。
而且，本发明涉及一种照明一光照表面的方法，藉此，在至少一个曝光头上布置至少两个光调节装置，每一个各包括一利用扫描运动照明所述光照表面的空间光调节器。
在本发明一实施例中，所述至少两光调节装置布置在同一曝光头上。
在本发明一实施例中，所述至少两光调节装置布置在不同的自由运行曝光头上。
在本发明一实施例中，利用根据权利要求1-31中任何一项所述的一光照明设备进行所述照明。
以下将参照附图对发明进行描述，其中，图1示出根据本发明一优选实施例的曝光系统的视图；图2示出根据本发明一优选实施例的照明装置的剖视图；图3a示出了一曝光头相对一光照表面的一种扫描模式；以及图3b示出了一曝光头相对一光照表面的另一种扫描模式；图4a示出了在所述曝光头上的照明装置的一有利定位；以及图4b-4c示出了本发明的进一步实施例。
具体实施例图1示出了根据本发明一优选实施例的曝光系统的一些主要元件的视图。
图示的系统包括一具有两个用于照明一光照表面15的照明装置20的曝光头12。所述曝光头12悬挂在一悬架(未示出)上。所述悬架在适用的电子线路(未示出)的控制下辅助按箭头方向的运动。
为了说明目的，通过布置在照明装置20上的空间光调节器(例如DMD芯片)进行照明的两照明区域I1、I2在光照表面上指明。举例来说，如果使用TI DMD芯片，所述照明区域I1，I2可以包括例如1024×768(XGA)像素或者1280×1024像素(SXGA)。如果采用扫描运动，经调整的像素将会从行到行(或列到列)动态地转换，从而采用若干个像素(例如空间光调节器的一整行)来照明所述光照表面上的单个像素。因此，对单一像素传送的光学能量增大。
根据图解的实施例，所述曝光头在X方向上移动，所述光照表面15在Y方向上步进式移动。
显然，在本发明的范围内也可以采用其它相对移动方式。本发明另一有利的实施例可以是，例如，所述曝光头12在X向和Y向双向相对移动而所述光照表面保持静止。
所述照明装置的空间光调节阵列可以是一可传送的微机械快门阵列(transmissive micro-mechanical shutter array)，其在WO98 47048和WO9847042中得到公开并在此作为参考。
空间调节器的另一类型可以是DMD调节器。
图2示出了图1中所述光调节装置20之一的优选实施例。所述装置20的第一部分21产生一集中和均匀的光束。第一部分21包括一灯泡210、一灯泡驱动器211、一鼓风机216和一风扇217、一防护玻璃212、一快门213、一光汇集杆214和光束成形光学装置215。
所述灯泡210的类型取决于将要曝光的板的类型。可能的类型包括常规的短弧灯泡、激光源、二极管阵列和更多。一优选的常规灯泡可以具有270W的功率，但是本发明不受该值的限定，也不受上述灯泡类型的限定。可以考虑如250W和350W的替换物。
来自所述灯泡210的光束穿过一滤光器(取决于应用场合可以是例如IR或UV滤光器)212，其功能为干涉滤光器，并穿过一快门机械装置213，其能关闭所述光束而不需要关闭所述灯泡。由于多数类型的灯泡在它们的光强度和光频率稳定之前均需要时间，因此这是重要的。鼓风机216和风扇217确保所述灯泡210的冷却。
接着，所述光束穿过一光汇集杆214。籍此，所述光混合，使得所述光在整个光束中强度一致。这确保了光束外围的强度与光束中心的强度一致。当所述光离开所述光汇集杆214，由光束成形光学装置215对其进行聚焦。
所述装置20的下一部分调节所述光束来电子反射存储的图像数据。其包括一光调节装置22和一个把未调节的光束引导到所述光调节装置22而不干扰其已调节光束的输出的装置224。
合适的光调节装置22包括DMD调节器、包含LCD和微机械快门的可传送的快门和其它。对图2中的优选实施例而言，使用了安装在PCB221上的DMD光调制芯片220和冷却板222以及温度传感器223。
所述光引导装置224取决于所使用的光调节装置22的类型。对可传送的光调节装置而言，未调节的光束被导向所述光调节装置的一侧，而已调节的光束从另一侧射出。在这种装置中，可以不使用所述光引导装置224。
对DMD调节器而言，未调节的光束被导向与发射已调节光束相同的一点。这种情况需要使用光引导装置224。在图2的优选实施例中，一TIR棱镜作为光引导装置使用。TIR是“Total Internal Reflection”(全内反射)的缩写。TIR棱镜具有一表面225，该表面对来自一个方向的光(对本具体实施例而言是从左边)充当镜子的作用，而让来自另一方向的光(对本具体实施例而言是从上边)笔直穿过。
所述装置的最终部分聚焦从所述光调节装置220中射出的多个已调节光束于一光照表面24(印刷板)。该部分包括一组透镜/一位于外壳23内的微距镜230。
图3a示出了有关照明的曝光头扫描模式。
通过本发明的光照明装置，例如图2所描述的照明装置，获得的图示扫描模式涉及一曝光头30a的两照明装置31、32进行相对一光照表面的相对移动。两照明装置31、32设置在同一个曝光头30a上。
图示的其中一个照明装置31照明子区域SUB1，另一个照明装置32照明子区域SUB2。
应当注意的是所述曝光头30a通过已调节光在两个方向上照明所述光照表面，包括在如水平箭头所示的扫描运动和如竖直箭头所示的以步阶301在每个扫描运动之间的移动。
在这里，所述y轴运动是由两光照明装置一起以对应于整个横向扫描宽度的步阶方式进行。
图3b示出了关于光照表面的曝光头30b的另一个的扫描模式。
根据本发明图示的实施例，一曝光头30b包括两个空间光调节器31、32(未示出带有空间调节器的照明装置)。所应用的照明装置31、32两者均可以是如图2中所示的照明装置。根据图示的实施例，设置仅在Y方向上位移的两个空间光调节器31、32(或者图1中的对应光照表面I1、I2)。
所述曝光头30b进行X方向上的前后扫描运动。而且，所述光照表面或所述曝光头进行主要包括两个不同步阶(小步阶302和大步阶303)的在Y方向上的相对运动。
根据图示的实施例，通过进行所述小步阶302照明八个子区域SUB1和八个子区域SUB2。其后，进行一大步阶303，通过进一步进行小步阶302照明新的一组子区域SUB1和SUB2。
应当强调的是一些其它的扫描方法(模式)可以在本发明的范围中应用。
图4a说明了在例如图3a中所述曝光头上的所述照明装置(这里＝光学装置)的一具有优势的定位。所述照明装置20，例如可以是图2中说明的一个，用虚线示出。
所述光学装置的尺寸对机器的生产率和成本而言是相当重要的。所述曝光头的两个照明装置20布置的位置使可获得的照明区域在y轴(不要与扫描和调节器的轴线混淆)的方向相邻。这意味着，在x轴方向上所述光学装置之间存在中心距，参见图4a。
所述装置之间在x轴方向上的相互距离意味着，需要比实际的板长度更长的曝光以使得所述两曝光头经过整个板(光照表面)。这种多余的“额外扫描”是中心距D1的两倍。该额外扫描降低了生产率，并且增加了x向位移从而增加了机器的宽度。因此所述中心距必须尽可能的小。例如，一种最小距离的示例可以是中心距，x轴D1＝120mm中心距，y轴D2＝(XGA)20.48±0.002mm和D2(SXGA)＝25.6±0.002mm该下限值通过光学装置和例如图2中的微距镜230的进一步照明装置元件确定。一固定装置(未示出)允许单独调整所述光学装置的照明面，即在x轴和y轴的调整和绕z轴的旋转。这意味着，图像必须精确平行于所述微距镜外壳的凸缘以使得两图像在同一平面上。外壳的凸缘用于在z向将外壳固定到所述固定装置上。所述边缘的底部限定焦点以使得所述光学装置能抵靠一平坦表面安装并因此在同一平面上具有焦点。
图4b示出了本发明的进一步实施例，其中，装置包括四个安装在一曝光头50上的例如图2所示类型的光调节装置53、54、55、56。
由于安装在同一曝光头上，所述四个光调节装置53、54、55和56一起运动。可以用几种不同的方法依照例如图3a中说明的原理方便的进行扫描。
图4c说明了本发明的进一步实施例，其中，装置包括两个例如图2所示类型的光调节装置62、63。
本发明说明的实施例具有这样的优势当例如以图示的箭头方向进行扫描时能使照明谨慎地对所述光照表面最优化，从而避免了上述的“额外扫描”。原则上讲，由于可以改进由曝光头60、61进行的扫描以避免在所述使用的曝光头60、61之间的任何相冲突的运动，因此可以避免任何多余的扫描。
由于以此方式的扫描动作确保了高速照明，而同时自由运行曝光头确保了如上所述的照明区域照明可以最优化这一事实，因此，所说明的实施例，其特征是多个自由运行曝光头通过扫描照明一光照表面，在效率方面具有相当优势。
显然，可以修改图4c的实施例以进一步整合入例如总体上为3个或更多的照明头。
权利要求
1.一种包括至少一个曝光头(12)和至少两个光调节装置(20)的光照明设备，所述两光调节装置(20)的每一个各包括一空间光调节器(31、32)和一通过所述空间光调节器(31、32)为照明一光照表面(15)而布置的联合的光发射器，所述两光调节装置(20)的每一个均为数字式控制，所述设备包括在所述至少一个曝光头和所述光照表面(15)之间沿至少一个方向(x；y)进行相对运动的装置。
2.根据权利要求1所述的光照明设备，其中，所述至少两个光调节装置布置在同一曝光头(12)上。
3.根据权利要求1或2所述的光照明设备，其中，所述相对运动为一扫描运动。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的光照明设备，其中，通过相对于所述光照表面(15)移动所述至少一个曝光头(12)来形成所述相对运动。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的光照明设备，其中，通过相对于所述至少一个曝光头(12)移动所述光照表面(15)来形成所述相对运动。
6.根据权利要求1至5中任何一项所述的光照明设备，其中，至少一个曝光头(12)包括两个光调节装置。
7.根据权利要求1至6中任何一项所述的光照明设备，其中，所述光调节装置布置在至少两个不同的曝光头(60、61)上，所述曝光头(60、61)在所述光照表面上进行扫描运动。
8.根据权利要求1至7中任何一项所述的光照明设备，其中，布置所述空间光调节器以照明所述光照表面(15)的至少两个大致分开的子区域(SUB1、SUB2)。
9.根据权利要求1至8中任何一项所述的光照明设备，其中，对正所述空间光调节装置(31、32)以使得两光调节器的平行定向。
10.根据权利要求1至9中任何一项所述的光照明设备，其中，对正所述空间光调节装置(20)以使得所述至少两空间光调节器的相邻行大致定位成使在所述至少两空间光调节器的至少两相邻行之间的距离(DN)与在所述单个光调节器的行之间的距离(DR)大致相等。
11.根据权利要求1至10中任何一项所述的光照明设备，其中，所述至少两个空间光调节器中心之间的距离的“x向投影”(D1)小于200毫米，优选小于150毫米，更优选为大致120毫米。
12.根据权利要求1至11中任何一项所述的光照明设备，其中，所述两个空间光调节器中心之间的距离的“y向投影”(D2)小于50毫米，优选小于35毫米，当分别使用SXGA和XGA时，更优选的相应大致是25.6毫米或20.5毫米。
13.根据权利要求1至12中任何一项所述的光照明设备，其中，当分别使用SXGA和XGA时，所述两个空间光调节器中心之间的距离优选相应是122.7毫米或121.73毫米。
14.根据权利要求1至13中任何一项所述的光照明设备，其中，所述曝光头包括冷却装置(216、217)。
15.根据权利要求1至14中任何一项所述的光照明设备，其中，每个空间光调节装置包括单独的冷却装置(216、217)。
16.根据权利要求1至15中任何一项所述的光照明设备，其中，所述大体上分离的子区域(SUB1、SUB2)包括所述光照表面(15)的邻接表面。
17.根据权利要求1至16中任何一项所述的光照明设备，其中，所述至少一个方向大体上横向于所述光照表面(15)的相对移动。
18.根据权利要求1至17中任何一项所述的光照明设备，其中，所述至少一个方向确立为利用所述空间光调节器之至少两个光调节器来照明所述光照表面上的一个受照像素。
19.根据权利要求1至18中任何一项所述的光照明设备，其中，所述至少一个方向确立为利用所述空间光调节器之至少一个调节器行来照明所述光照表面上的一个受照像素。
20.根据权利要求1至19中任何一项所述的光照明设备，其中，所述曝光头相对所述光照表面在至少两个方向可动。
21.根据权利要求1至20中任何一项所述的光照明设备，其中，所述光发射器包括一光源(210)。
22.根据权利要求1至21中任何一项所述的光照明设备，其中，所述光发射器包括连接到一光源的一光导之至少一个光发射端。
23.根据权利要求1至22中任何一项所述的光照明设备，其中，所述光发射器包括一灯泡。
24.根据权利要求1至23中任何一项所述的光照明设备，其中，所述光发射器包括一LED矩阵。
25.根据权利要求1至24中任何一项所述的光照明设备，其中，所述空间光调节器包括一DMD芯片。
26.根据权利要求1至25任何一项所述的光照明设备，其中，所述空间光调节器包括一微机械可传送光调节器。
27.根据权利要求1至26中任何一项所述的光照明设备，其中，所述光照表面包括一印刷板。
28.根据权利要求1至27中任何一项所述的光照明设备，其中，所述光照表面包括一光敏材料。
29.根据权利要求1至28中任何一项所述的光照明设备，其中，所述曝光头适用于在两横向方向进行正反向扫描。
30.根据权利要求1至29中任何一项所述的光照明设备，其中，所述空间光调节装置中心之间x方向上小于150毫米，优选小于121毫米。
31.根据权利要求1至30中任何一项所述的光照明设备，其中，所述空间光调节装置中心之间x方向上基本上为0(零)。
32.一种照明一光照表面(15)的方法，其中，在至少一个曝光头上布置至少两个光调节装置(20)，每一个各包括一个通过扫描运动照明所述光照表面(15)的空间光调节器(31、32)。
33.根据权利要求32所述的照明一光照表面的方法，其中，所述至少两个光调节装置(31、32)布置在同一曝光头(30a)上。
34.根据权利要求32所述的照明一光照表面的方法，其中，所述至少两光调节装置(62、63)布置在不同的自由运行曝光头(60、61)上。
35.照明一光照表面的方法，其中，利用根据权利要求1-31中任何一项所述的一光照明设备进行所述照明。
全文摘要
本发明涉及一种包括至少一曝光头(12)和至少两个光调节装置(20)的光照明装置。所述两光调节装置(20)的每一个包括一空间光调节器(31、32)和一通过所述空间光调节器(31、32)为照明一光照表面(15)布置的联合光发射器。所述两光调节装置(20)的每一个均为数字控制。所述设备包括在所述至少一曝光头和所述光照表面(15)之间沿至少一个方向(x；y)进行相对运动的装置。
文档编号G03F7/20GK1646968SQ03807789
公开日2005年7月27日 申请日期2003年4月9日 优先权日2002年4月9日
发明者亨里克·格伦特-马德森 申请人:迪康公司