专利名称：数字印刷设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种数字印刷设备和方法，尤其涉及一种对诸如平版印刷部件的记录介质成像的系统。
使用激光能量源的成像装置要求将激光输出到记录介质的工作表面。重要的是，当将辐射聚焦到记录介质时，应保持适宜的聚焦深度(焦深)—即在记录表面将聚焦保持在允许误差之内。足够的焦深对于结构和成像设备的使用是重要的；工作焦深越小，则所需精密的机械调整越高、而因正常使用时的对准偏差引起的性能下降的可能性就越大。产生焦深的各种因素包括激光器自身的特性、其输出光束的扩散度、和用于传输激光输出并对激光聚焦的光学结构。
理想的激光器发射“单模”辐射-即光束具有高斯对称的辐射能量分布。光束能量的主体聚集成单个中央尖峰，并按高斯函数在所有方向平滑地辐射下降。单模辐射不仅提高焦深，还产生具有卷边圆形等高线轮廓的清晰图像点。
遗憾的是，不是所有记录结构都能用单模激光波长成像。这些激光器产生的光束具有不均匀的强度。该光束是“多模”的，它具有一些(或许多)强度峰而不是单个高耸的峰。产生在记录结构上的点具有多个“热点”而不是单个的、最大成像强度的中央区。
在诸如平版印刷版成像的印刷术应用中，这些不均匀的像点具有很大的缺陷。不整齐像点的累积将使图像质量下降。另外，由于与理想焦深的偏差使尖锐的多模峰的能通量密度比单模峰的能通量密度下降得快，所以尖锐的多模峰减小焦深。
本发明利用角控扩散器抑制多模输出的分散作用。角控扩散器一般用于将传输光散射到精确控制的环形区。但可发现，特别是在低分散角时，这些装置的集中作用具有将多模输出拉成接近单模操作的更均匀轮廓的作用。只要能充分控制能量分散，成像环境中的实际效果是可接受的；就是说，该输出将以强的中央区(和“热点”周围的小值)产生较均匀的像点。
在第一方面中，本发明包括将多模激光辐射聚焦到记录结构上的预选点范围的设备。该设备包括角控扩散器、引导多模辐射通过该扩散器以便集中该辐射的装置、和将来自扩散器的集中辐射能量聚集到记录结构的装置。该记录结构可以安装在转动鼓上，并用激光输出在圆周成像列或“扫描带”的轴向序列上扫描该记录结构。
在第二方面中，本发明包括实施本发明并进行成像的方法。
当结合附图具体说明本发明时，上述的讨论更易于理解，附图中
图1是本发明聚焦机构的局部剖视图；图2表示角控扩散器对多模激光输出的作用。
本发明可在其中操作的典型成像环境已在US 5,351,617，US5,385,092，和US 5,764,274中公开，这些公开在此引作参考。如US5,351,617和US 5,385,092所述，激光输出可在远距离产生、并由光纤和聚焦镜头装置引到印刷坯版。另一方面，激光二极管本身可邻近印刷部件定位，其输出经聚焦装置直接到达印刷部件。
本发明的输出装置将激光辐射(直接从激光器得到，或从纤维光缆得到)导向成像表面、例如热成像平版印刷版的烧蚀层。在图1所示的典型结构中，输出组件100接收来自纤维光缆110的辐射，并将该辐射输出到印刷部件115的成像表面，印刷部件115被支承在可转动鼓或版辊120上。(这个结构可以有很多变型，例如，印刷部件115可构成鼓120的外表面，或如US 5,351,617所述，印刷部件115可支承在弯曲的压印板内部上或支承在平板式结构上。)如图所示，纤维光缆110端接在SMA连接器组件125上，SMA连接器组件125包括与组件100上的套管130啮合的螺纹环127。除套管130之外，聚焦组件100包括管形壳135。用螺母140将套管130固定到壳135的端壁137。聚焦及校正镜头145(如US 5,764,274所述)安装在头套147内，头套147固定在壳135的后端。头套147有一个露出镜头145的窗口150，窗口150的直径小于壳135的直径。
组件100包括一对限定来自纤维光缆110端部的光路的同轴内孔，激光从同轴内孔发射到镜头145。第一个内孔穿过与套管130相对的后壁137内表面连接的管155，使得当螺纹环127与套管130啮合时、纤维光缆110的端部伸入管155。管155的端部限定具有固定径向尺寸的挡板160，借助挡板160，发射的辐射可偏离中央传输光线，因而避免数值孔径(NA)值大于预定限度的辐射通过。(如US 5,764,274所述，小的NA值可取的是与大的焦深对应)挡板160具有尖锐的锥形边缘以防止反射。在图示的实施例中，挡板160的边缘是锥形企口。本发明的光扩散器165设在管155内紧靠挡板160的位置。
组件100的第二孔由壳135的内壁限定。从管155射出的低NA激光辐射通过壳135的内部到达镜头145，镜头145聚焦该辐射并校正偏离中心的发射。挡板160充分限制辐射的发散，以避免辐射从壳135内壁反射，窗口150形成的孔径光阑将最大输出限制为低NA辐射。虽然每次限制辐射会损失能量，但窗口150直径的调整可使焦深达到最大值；通过保持具有不同尺寸孔径的端盖数量、和使用最适于所用激光器的孔径可方便地改变该直径。
管155的所有表面和壳135的内表面均涂黑(例如，使用Ebnol“C”黑)以避免反射。
扩散器165最好是由“数字光学公司”(Charlotte，NC)提供的角控扩散器。这些光学装置在所限定的角输出区内集中入射辐射，限定的角输出区具有理想的横截面-该横截面通常是正方形或圆形，限定的角输出区的尺寸根据装置的扩散角随距离而增加。为了本发明的目的，这个角根据多模激光源的特性和所需的光束集中程度而选择；但是，散射角必须与组件100的光学特性匹配，以便将所需尺寸的点施加到印刷部件115。研究发现，对于图1所示的装置，3°的光束扩散角和圆形横截面可提供满意的特性。
由光学扩散器165实现的校正示于图2中。对于其输出通过角控扩散器的单模激光、未改性多模激光、多模激光三种光源中的每一种，曲线200示出了径向光束截面的能量振幅，210表示由这些光束产生的像点(相当于记录结构对由图形200所表示分布的响应的平面图)。应强调的是，图2只是示意性说明，并不表示精确的能线图或图像点。
由于单模光束具有高斯截面200，所以它能以完好的圆形轮廓产生像点。点210的边缘均匀性是通过在记录介质上进行快速、非线性成像转变而极好地实现的-即在直到入射能量达到阈值水平之前、点210保持不成像，一旦达到该阈值、点210立即完全成像。于是，点210的直径由等于或大于阈值能量的光束部分所限定；该光束的整个面积(即，噪声电平以上的能量)由虚线圆表示。
多模光束示出的能线图在光束的整个截面变化(该能线图一般是非径向对称的，即在分散于整个截面的尖峰处上升、而并非同心圆)。于是，多模光束的特定径向截面200显示出四个尖峰，使像点成为一组杂乱的斑点，该斑点反射高于成像阈值的能量峰；四个同一直线的像斑点从光束能线图中显示的四个峰升起。
多模光束通过角控扩散器将使分散的能量集中到中心径向区，但是非光滑高斯曲线的光束能线图在轮廓上仍然粗糙。从本质说，许多强度峰在单个高度上减小，整个强度分布变为中心加权。因此，如果不是完美的圆形，所成的图像点是很多的；虽然图像点被一些像斑围绕(这是由高于成像阈值之上的能量峰造成的)，但只要中心点突出且足够小，上述情况就不会在图解透视上产生问题。在典型的应用中，成像点很小以致不能被单独看到。因此，当眼睛观看由多模装置产生的成像点周围的模糊像斑时，对扩散的图像点的感觉与单模像点的感觉相似。
因此可以看出，发明人提出了一种使用多模装置方便高效地进行成像的方案。这里所用的术语和表达式用作说明书的术语且不受限制，在使用这种术语和表达式时，这些术语和表达式不表示非所示和所述的特征或特征部分的等同物，但是各种改型应包含在本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种将多模激光辐射聚焦成记录结构上的预选点尺寸的设备，所述设备包括a.角控扩散器；b.将所述多模辐射引导通过所述扩散器以聚集所述辐射的装置；c.将从所述扩散器发出的聚集的辐射聚焦到所述记录结构上的装置。
2.如权利要求1的设备，还包括a.具有内孔的壳，用于接收所述多模激光辐射，所述扩散器横跨所述内孔延伸；b.引导激光辐射从所述壳的第一端通过所述壳的装置，所述的聚焦装置包括一个位于所述壳的第二端的镜头。
3.如权利要求2的设备，还包括一个位于所述扩散器与所述壳的第二端之间的环形挡板，所述挡板包括具有锥形边缘的圆形出口。
4.如权利要求3的设备，其中所述边缘是圆锥形的企口。
5.如权利要求1的设备，其中所述扩散器具有3°的圆形扩散角。
6.一种印刷设备，包括a.用于支承激光印刷部件的装置；b.至少一个可产生多模成像输出的激光源；c.将所述至少一个激光源的输出直接传输到所述印刷部件的装置，所述装置包括1)角控扩散器；2)将所述的多模输出引导通过所述扩散器以便聚集该输出的装置；3)将从所述扩散器发出的集中辐射聚焦到所述记录结构上的装置。
7.一种将多模激光辐射聚焦成记录结构上的预选点尺寸的方法，该方法包括步骤a.将所述的多模输出引导通过所述的角控扩散器以便聚集该输出；b.将从所述扩散器发出的聚集的辐射聚焦到所述记录结构上。
8.如权利要求7的方法，还包括步骤在整个记录结构上扫描所述的输出，并以图像图案触发激光器。
9.如权利要求7的方法，其中所述扩散器具有3°的圆形扩散角。
10.平版印刷部件的成像方法，该方法包括步骤a.提供可激光成像的印刷部件；b.提供至少能产生多模成像输出的激光源；c.将所述至少一个激光源的输出直接传输到所述印刷部件，其步骤是1)将所述输出引导通过一个角控扩散器以便聚集该输出；2)将从所述扩散器发出的聚集的辐射聚焦到所述记录结构上；d.使所述至少一个激光源与所述印刷部件之间产生相对运动以便对该印刷部件进行扫描；e.在所述的扫描期间，以图像图案触发所述的至少一个激光源。
全文摘要
利用角控扩散器将多模激光辐射聚焦成记录结构上的预先点尺寸。该扩散器聚集该辐射,以消除多模输出的分散作用。
文档编号G02B5/02GK1249998SQ99110720
公开日2000年4月12日 申请日期1999年7月28日 优先权日1998年10月6日
发明者J·G·索萨 申请人:压缩技术公司