一种滚筒成像的分辨率切换方法及其装置与流程

本发明属于滚筒类激光光纤密排扫描成像设备，如光学绘图机，激光照排机，激光直接制版机等的光学成像系统，特别涉及一种滚筒成像的分辨率切换方法及其装置。

背景技术：

在固定分辨率的光纤密排扫描系统中，激光像素信号通过多路单模或多模光纤，以密排的形式送出，透过大数值孔径的精密透镜组，按比例缩小成像到吸附或装夹在匀速旋转的滚筒上的胶片或版材表面。同时，由于光纤的断面结构分为芯径和折射包层，如多模光纤的直径比为62.5/125um，激光像素信号只在芯径层传输。这样从密排出来的光点之间是分离的，下一步将其成像，在像平面上其光斑也是分离的。这明显不能满足扫描要求。若用离焦的方法扩大像面光斑直径，虽然可以弥合光斑间距，但会牺牲光斑的边缘质量。也有方案是将光纤的外包层去除，使其光导层密接在一起。但这种方法即使成功，工艺难度会很大，批量成本很昂贵。

目前的解决方案是采用常规的密排方法构造光点分离的线阵列，但在安装时使线阵列与滚筒水平母线保持一个夹角，使得线阵列中的光点投影到滚筒水平母线上时，光点直径可以密接(如图1)。但是一个倾斜的线阵列向水平面投影是不可能用光学方法实现的，这实际上是要求阵列中的本应同步输出的各个光点(即光栅数据)行异步、分时地递推延迟输出，这就需要一个数据时序处理器对阵列光点激励作延迟递推，使倾斜的线阵列中所有光点分时的成像到水平线上，令光点以期望的分辨率紧密排列和曝光。

在光纤数目不变的光纤密排成像设备的使用中，更高的成像分辨率可明显提升成像细节品质，但同时会令曝光整体耗时接近成比例的增加，从而导致设备的单位产能下降。因此，客户希望根据其产品的具体成像品质需求和产能要求，自主实时选择更合理的成像分辨率，并迅速切换成功。

由上述成像原理可知，像素间点距由线阵列光纤芯距、透镜组放大倍率、线倾斜倾斜角，以及数据时序处理器共同决定。而在变更分辨率的技术方案选择上，理论上更直接的应是变更透镜组的放大倍率。因为透镜组倍率变更的比例，直接体现出成像分辨率切换的比例，而后上述所列的其余几个参数都不必更改，同时每个像素点的点径也能同时跟随切换。此方案的弊端的是，若只对透镜组的放大倍率的简单变更必定影响其数值孔径，从而影响透镜组自身的其他物理参数，如焦深、视场、物像距、分辨率等。这为透镜组的设计和系统设计带来难题。例如，焦深与数值孔径的平方成反比关系，因此如当成像像素分辨率从8000DPI改变为16000DPI时，焦深将变得小得难以工程实现。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提供一种滚筒成像的分辨率切换方法及其装置，实现根据产品的具体成像品质需求和产能要求，自主实时选择更合理的成像分辨率，并迅速切换成功。

本发明提出一种滚筒成像的分辨率切换方法，步骤为：

1)变更光纤线阵列与滚筒母线的倾斜角度，同时数据时序处理器配合改变光点激励延迟节拍量，令成像像素点距符合实际期望；

2)根据切换目标分辨率的需求，再通过光控电路调整激光器的光源激励功率，从而得到准确点径的光点光斑，令像素点点径也符合要求；

在所述步骤1中，改变光纤线阵列倾斜角度的方法为：1.1)用一对精密轴承把线阵列座固定好，以确保其旋转时的定位精度；1.2)再使用一个精确细分步进电机和用于调整线阵列角度的调节装置，来确定光纤线阵列与滚筒母线的物理角度；

在所述步骤1中，光点激励延迟调整方法为：1.3)在匀速旋转的滚筒轴端安装同步旋转编码器，编码器信号指示出各个时刻旋转滚筒的相角；1.4)对编码器输出信号作高倍数的细分，得到光电激励延迟时钟脉冲；当数据时序处理器接收了一组成像光电数据后，以线阵列内第一路光点的激励时刻作为基准，其余各光点的激励时刻均比其前一光点激励时刻滞后n个延迟参考时钟脉冲：即同一组数据分时激励，令成像光点间距满足分辨率需求的同时，又能使一组激光成像到介质上的实际排列与滚筒母线平行。

本发明又提出一种线阵列角度调整装置，包括底座、安装在所述底座上的透镜组、光纤密排、光纤密排安装座、旋转套、一对精密轴承、轴承固定座、电机、电机安装座、光电传感器、传感器感应片、偏心轴套、旋转摆臂和高刚度弹簧，所述光纤密排镶套在所述光纤密排安装座前部，所述透镜组连接在所述光纤密排安装座的后方，所述旋转套套锁在所述光纤密排安装座的中部外壁，所述轴承镶套在所述光纤密排安装座的后端外壁，且所述轴承配合在所述轴承固定座上；所述电机的出轴端连接固定在所述电机安装座上，所述电机的出轴从所述电机安装座上的通孔伸出来连接所述偏心轴套，所述旋转摆臂为L型设置，所述旋转摆臂的横臂置于所述偏心轴套的上方，所述偏心轴套在纵向支撑旋转摆臂；所述旋转摆臂的横臂与所述旋转套的外壁面连接锁紧，所述高刚度弹簧的一端固定在所述底座上，另一端固定在所述旋转摆臂的横臂前端，对所述旋转摆臂与偏心轴套起压紧作用；所述传感器感应片连接在所述电机出轴上，所述光电传感器固定在所述电机安装座上，所述传感器感应片在零点位置遮盖所述光电传感器。

优选地，所述底座上固定有透镜组安装座，所述透镜组安装座上设有横向贯穿的安装孔，所述透镜组贯穿固定在所述安装孔中。

优选地，所述底座包括固定在其前端的连接板，所述电机安装座竖向连接固定在所述连接板的前端，所述弹簧的下端固定在所述连接板上，上端固定在所述旋转摆臂的横臂前端。

本发明的滚筒成像的分辨率切换方法及其装置的有益效果为：

本发明的滚筒成像的分辨率切换方法是通过改变密排阵列倾斜角度，再配合改变光点激励延迟节拍量，同时改变激光光功率，通过控制电路上的数据时序处理器改变光点激励滞后的参考时钟个数，光控电路对激光器光功率作切换和稳定，实现成像分辨率的切换。本发明的线阵列角度调整装置主要是由细分步进电机和偏心轴套支撑并调节旋转摆臂，旋转摆臂与旋转套与光纤密排安装座随动，从而改变光纤密排倾斜角度。实验表明，此方案满足光绘及照排和直接制版机对分辨率切换的精度、重复性等设计要求。本发明能根据产品的具体成像品质需求和产能要求，自主实时选择更合理的成像分辨率，并迅速切换成功。

附图说明

图1为线阵列延迟校正原理图。

图2为本发明的线阵列角度调整装置的结构示意图。

图3为光纤密排的相邻两路激光激励延迟示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的滚筒成像的分辨率切换方法，其具体步骤为：

1)变更光纤线阵列与滚筒母线的倾斜角度，同时数据时序处理器配合改变光点激励延迟节拍量，令成像像素点距符合实际期望；

2)根据切换目标分辨率的需求，再通过光控电路调整激光器的光源激励功率，从而得到准确点径的光点光斑，令像素点点径也符合要求。

在步骤1中，改变光纤线阵列倾斜角度的方法为：用一对精密轴承把线阵列座固定好，以确保其旋转时的定位精度；再使用一个精确细分步进电机和用于调整线阵列角度的调节装置，来确定光纤线阵列与滚筒母线的物理角度。步进电机步距角的精确细分，以及角度调节装置的角度分辨率和重复一致性，是决定线阵列倾斜角度调整成功与否的关键。

在步骤1中，光点激励延迟调整方法为：在匀速旋转的滚筒轴端安装同步旋转编码器，编码器信号指示出各个时刻旋转滚筒的相角。对编码器输出信号作高倍数的细分，得到光电激励延迟时钟脉冲。当数据时序处理器接收了一组成像光电数据后，以线阵列内第一路光点的激励时刻作为基准，其余各光点的激励时刻均比其前一光点激励时刻滞后n个延迟参考时钟脉冲：即同一组数据分时激励，令成像光点间距满足分辨率需求的同时，又能使一组激光成像到介质上的实际排列与滚筒母线平行。

当光学系统接近理想状态下，激光透过光纤以及透镜组后，成像光斑的能量密度分布图应是高斯型或近高斯型的。当介质表面感光度一致的情况下，改变激光器的瞬时激励能量即光功率，则可令介质上的成像光斑的有效面积发生变化。因此，根据切换目标分辨率的需求，光控电路调整激光器光功率，从而得到准确点径的光点光斑。

结合图2，阐述本发明的线阵列角度调整装置：

该线阵列角度调整装置包括底座、安装在底座上的透镜组1、光纤密排7、光纤密排安装座5、旋转套4、一对精密轴承3、轴承固定座2、电机8、电机安装座、光电传感器9、传感器感应片10、偏心轴套11、旋转摆臂6和高刚度弹簧12。光纤密排安装座5和轴承固定座2固定在底座上。底座上固定有透镜组安装座，透镜组安装座上设有横向贯穿的安装孔，透镜组1贯穿固定在安装孔中。光纤密排7镶套在光纤密排安装座5前部，透镜组1连接在光纤密排安装座5的后方，激光源从光纤密排7送出，穿过光纤密排安装座5的内部，进入光学透镜组1，并成像到透镜组1的后端。

旋转套4套锁在光纤密排安装座5的中部外壁，一对轴承3镶套在光纤密排安装座5的后端外壁，且两轴承3配合在轴承固定座2上。底座包括固定在其前端的连接板，电机安装座竖向连接固定在连接板的前端。电机8的出轴端连接固定在电机安装座上，电机8的出轴从电机安装座上的通孔伸出来连接偏心轴套11。

旋转摆臂6为L型设置，旋转摆臂6的横臂置于偏心轴套11的上方，偏心轴套11在纵向支撑旋转摆臂6。旋转摆臂6的横臂与旋转套4的外壁面连接锁紧。高刚度弹簧12的下端固定在连接板上，上端固定在旋转摆臂6的横臂前端，弹簧12对旋转摆臂6的置于偏心轴套11上的横臂的前端施加向下的拉力，对旋转摆臂6与偏心轴套11起压紧作用。传感器感应片10连接在电机8出轴上，光电传感器9固定在电机安装座上，传感器感应片10在零点位置遮盖光电传感器9。

偏心轴套11纵向支撑旋转摆臂6，同时弹簧12消除了偏心轴套11与旋转摆臂6之间的反向间隙，而且旋转摆臂6是锁紧在旋转套4上的，旋转套4锁紧在光纤密排安装座5上，从而旋转摆臂6与旋转套4与光纤密排安装座5随动。因此，电机8与偏心轴套11的旋转定位角度决定了光纤密排7的在一定范围内的空间角度。光电传感器9与传感器感应片10确定了偏心轴套11的机械零点位置。

切换分辨率时，只需给电机8送出目标定位指令，光纤密排7即可调整至范围内的目标角度。电机8的出轴与偏心轴套11旋转一周，对光纤密排7角度的调整量只需满足成像分辨率切换所需要的范围，而且电机8可高倍数精确细分步距角，相当于对光纤密排7所需调整的角度行程作了高倍率的细分。因此，该结构足以达到光纤密排7调整角度的分辨率和精度要求。

图3为光纤密排的相邻两路激光激励延迟示意图。

图3中D0、D1：相邻两路激光经过透镜后的光斑物理位置。

θ角：光纤密排与滚筒母线的倾斜角度。

a：目标成像分辨率的点距。

b：相邻光点激励滞后量

c：光斑物理点距

ck：延迟参考时钟脉冲

其中，θ角由线阵列角度调整装置设定，c由密排光纤芯距和透镜组放大倍率决定，参考时钟ck由滚筒同步编码器信号作高倍率细分后得到，滞后量b则由n个参考时钟ck组成。

分辨率切换时，线阵列角度调整机构改变了θ角的角度，期望点距a伸缩至目标点距，则激励滞后量b需作相应的改变，以满足直角三角形的勾股定理。因此，此时需要改变组成滞后量b的参考时钟ck的个数n。

当光纤密排内所有光点按上述方案调整滞后量，则一组成像光点排列与滚筒母线平行，而且点距满足成像分辨率要求。与此同时，光控电路对所有激光器光功率作切换和稳定，令成像点径达到分辨率要求。

实验结果表明，以上方案，可以满足光绘及照排和直接制版机对分辨率切换的精度、重复性等设计要求。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。