DE69311641T2

DE69311641T2 - Laserabtastvorrichtung

Info

Publication number: DE69311641T2
Application number: DE69311641T
Authority: DE
Inventors: Dov Berman; Avigdor Bieber; Zvi Krams; Avigdor Livni
Original assignee: Scitex Corp Ltd
Current assignee: Scitex Corp Ltd
Priority date: 1992-07-10
Filing date: 1993-07-08
Publication date: 1997-10-02
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: EP0580545B1; IL102463A; IL102463A0; EP0580545A1; US5532728A; ATE154708T1; DE69311641D1; JPH0663782A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laseräbtastvorrichtung und insbesondere auf eine Laserabtastvorrichtung, bei der ein Laserstrahl zum Schreiben (z.B. zum Aufzeichnen oder zum graphischen Darstellen) von Daten auf einem Arbeitsmedium oder zum Lesen (z.B. zum Erfassen) von Daten auf einem Arbeitsmedium benutzt wird.
Die herkömmlichen Flachbett-Laserabtaster oder -scanner haben im allgemeinen einen Maschinenrahmen, ein Tragteil, das an dem Maschinenrahmen befestigt ist, zum Tragen des Arbeitsmediums wie beispielsweise ein ebenes Blatt und ein weiteres Tragteil, das an dem Maschinenrahmen befestigt ist, zum Tragen von wenigstens einem Teil eines Laserstrahlliefersystems. Bei einigen Konstruktionen ist das Laserstrahlliefersystem (oder wenigstens das Lieferende desselben) an einem Schlitten befestigt, der über dem Arbeitsmedium bewegbar ist (vgl. z.B. EP- A-0 068 184), uhd bei anderen Systemen ist das Arbeitsmedium an dem Schlitten befestigt, der in bezug auf das Laserstrahlliefersystem bewegbar ist. Der Schlitten ist bei beiden Systemen im allgemeinen zur Bewegung längs Führungen auf den beiden entgegengesetzten Schlittenseiten gelagert und wird durch eine Vorschubspindel oder einen anderen Antrieb angetrieben, der zwischen dem Schlitten und dem Maschinenrahmen angeordnet ist.
Diese bekannten Laserabtastvorrichtungen erfordern im allgemeinen große, massive, schwere und deshalb teuere Konstruktionen. Darüber hinaus ermöglichen sie keinen bequemen Zugang zu dem Arbeitsmedium.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Laserabtastvorrichtung zu schaffen, die in obiger Hinsicht Vorteile bietet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Laserabtastvorrichtung geschaffen, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist.
Die folgende ausführlichere Beschreibung wird zeigen, daß die Laserabtastvorrichtung, die gemäß den vorgenannten Merkmalen aufgebaut ist, für bequemen Zugang zu dem Arbeitsmedium sorgt. Darüber hinaus kann die Vorschubspindel oder ein anderer Antrieb an der Seite des Schlittens angeordnet sein, so daß sie den Laserstrahl nicht stört. Weiter ermöglichen diese Merkmale eine viel leichtere Konstruktion, die in vielen Fällen ermöglicht, das Gewicht um die Hälfte zu reduzieren, so daß eine einfachere Montage und niedrigere Kosten möglich sind.
Fig. 1 ist eine dreidimensionale Ansicht, die eine Ausführungsform einer Laserabtastvorrichtung zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, wobei aber die Elemente des Laserstrahlliefersystems der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden sind;
Fig. 2 ist eine dreidimensionale, teilweise auseinandergezogene Darstellung, die insbesondere die Elemente des Laserstrahlliefersystems in der Laserahtastvorrichtung nach Fig. 1 sowie eine etwas modifizierte Anordnung des bewegbaren Schlittens, auf dem einige dieser Elemente montiert sind, veranschaulicht;
Fig. 3 ist eine vergrößerte, dreidimensionale Ansicht, die insbesondere die freitragende Befestigung des beweglichen Schlittens in der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2 veranschaulicht;
Fig. 4 ist ein Diagramm, das den Aufbau und die Arbeitsweise des Laserstrahlliefersystems in der Vorrichtung nach den Fig. 1-3 veranschaulicht; und
Fig. 5 veranschaulicht eine weitere Konstruktion der Laserabtastvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung.
Die Laserabtastvorrichtung, die in den Fig. 1-3 der Zeichnungen dargestellt ist, hat einen Maschinenrahmen 2, der eine ebene Basis oder einen ebenen Tisch 4 zum Aufnehmen des Arbeitsmediums trägt, wie beispielsweise einen ebenen Bogen (nicht dargestellt), der durch einen Laserstrahl abgetastet werden soll, um Daten darauf aufzuzeichnen oder um diese Daten aus dem Arbeitsmedium auszulesen. Die dargestellte Vorrichtung hat weiter einen Schlitten 6, der wenigstens das Lieferende eines Laserstrahlliefersystems trägt. Der Schlitten 6 ist über dem Arbeitsmedium. auf dem Tisch 4 bewegbar, so daß er den Laserstrahl jedem Teil des Arbeitsmediums auf dem Tisch zuführt.
Ein wichtiges Merkmal der in den Fig. 1-3 dargestellten Vorrichtung ist, daß der Schlitten 6 nicht auf herkömmliche Weise zur Bewegung längs Führungen auf den beiden entgegengesetzten Seiten des Tisches 4 gelagert ist, sondern vielmehr auf freitragende Weise nur von einer Seite des Rahmens 2 aus gelagert ist.
Der Maschinenrahmen 2 hat deshalb eine obere Schiene 8, welche ein Ende des Schlittens 6 auf freitragende Weise verschiebbar lagert. Die obere Seite der Schiene 8 ist mit einer inneren und einer äußeren abgewinkelten Lagerfläche 8a, 8b versehen, welche sich längs einer Zwischenlinie 8c schneiden, die sich in der axialen Richtung der Schiene erstreckt. Der Rahmen 2 ist weiter mit einer ebenen, vertikalen, vertieften Oberfläche 10 unterhalb von und parallel zu der Schiene 8 versehen.
Gemäß der Darstellung insbesondere in Fig. 3 ist ein Block 12 an dem oberen Ende des Schlittens 6 befestigt, der auf freitragende Weise durch die Schiene 8 gelagert werden soll. Die untere Seite des Blockes 12 ist mit einer inneren Lagerfläche 12a und einer dazu abgewinkelten äußeren Lagerfläche 12b versehen, die zu den Lagerflächen 8a, 8b komplementär sind, welche in der oberen Seite der Schiene 8 gebildet sind. Ein zweiter Block 16 ist an dem Schlitten 6 unterhalb des Blockes 12 befestigt. Der Block 16 ist mit einer ebenen, sich vertikal erstreckenden Oberfläche 16a versehen, die mit der feststehenden Oberfläche 10 unter der schiene 8 in Berührung bringbar ist.
Es ist somit zu erkennen, daß, wenn der Blbck 12 des Schlittens 6 über der Schiene 8 des Maschinenrahmens 2 angeordnet wird, die abgewinkelten Seiten 8a, 8b der Schiene und die komplementären, abgewinkelten Seiten 12a, 12b des Schlittenblockes lineare Lagerflächen bilden, die gestatten, den Schlitten längs der Schiene verschiebbar zu bewegen. Darüber hinaus bilden die ebene seite 16a des Schlittenblockes 16 und die ebene, vertikale Oberfläche 10 unter der Schiene 8, die die Seite 16a berührt, weitere lineare Lagerflächen, welche verhindern, daß der Schlitten um die Schiene 8 schwenkt, um nur eine lineare Bewegung des Schlittens längs der Schiene zulassen.
Der Schlitten 6 wird in Längsrichtung des misches 4 durch einen Elektromotor 18 angetrieben, der an dem Maschinenrahmen 2 angebracht ist und eine Leitspindel 20 antreibt, die in einer Mutter 22 aufgenommen ist, welche an dem Schlitten angebracht ist. Gemäß der Darstellung insbesondere in Fig. 1 sind der Motor 18, die Führungsspindel 20 und die Mutter 22 alle seitlich von dem Schlitten 6 angeordnet. Fig. 2 veranschaulicht eine Modifikation, bei der die vorgenannten Elemente des Antriebs innerhalb einer Ausnehmung in dem Rahmen angeordnet sind, welche durch die ebene Lagerfläche 10 begrenzt wird, so daß die Antriebselemente nicht den Laserstrahl stören, der durch die Elemente auf dem Schlitten 6 zu dem Arbeitsmedium auf dem Tisch 4 geschickt wird.
Die Elemente des Laserstrahlliefersystems sind ausführlicher in den Fig. 2 und 4 dargestellt. Das System umfaßt ein feststehendes optisches Untersystem FOSS (was die Abkürzung für fixed optical sub-systems ist), das gemäß Fig. 4 andere Elemente umfaßt, die an dem Maschinenrahmen befestigt sind, und ein bewegliches optisches Untersystem MOSS (was die Abkürzung für movable optical sub-system ist), das gemäß Fig. 4 an dem Schlitten 6 angebracht ist. Das feststehende Untersystem FOSS ist mit dem beweglichen Untersystem MOSS durch einen Lichtwellenleiter gekoppelt.
Somit umfassen gemäß der Darstellung in den Fig. 2 und 4 die Elemente des feststehenden optischen Untersystems FOSS die Laserröhre 30 zum Erzeugen eines Laserstrahls; einen Verschluß 32 zum bedarfsweisen Blockieren des Strahls; und einen Strahlteiler 34 zum Aufteilen des Laserstrahls in zwei Strahlen, nämlich einen Arbeitsstrahl und einen Referenzstrahl. Der Arbeitsstrahl wird über einen Faserkoppler 36 und einen Lichtwellenleiter 38 einem akustooptischen Modulator 40 zugeführt, der die Intensität des Arbeitsstrahls steuert. Der Arbeitsstrahl, der den Modulator 40 verläßt, wird dem beweglichen optischen Untersystem MOSS über einen Lichtwellenleiter 42 zugeführt. Der Referenzstrahl aus dem Strahlteiler 34 wird dem beweglichen optischen Untersystem MOSS über einen Faserkoppler 44 und einen Lichtwellenleiter 46 zugeführt.
Der akustooptische Modulator 40 bewirkt, wie im folgenden beschrieben, daß die Übertragung des Arbeitsstrahls gemäß Datensignalen, die aus einem Host-Computer HC (Fig. 4) empfangen werden, ein- und ausgeschaltet wird; und der Referenzstrahl wird benutzt, um die Lage des Arbeitsstrahls zu steuern.
Das bewegliche optische Untersystem MOSS, das an dem Schlitten 6 angebracht ist, umfaßt einen üblichen Piezostellantrieb 50, an dem die Enden der beiden Lichtwellenleiter 42, 46 befestigt sind. Der Stellantrieb 50 wird durch eine Steuereinheit 52 über einen Treiber 54 auf eine Art und Weise gesteuert, die im folgenden ausführlicher beschrieben ist.
Der Arbeits- und der Referenzstrahl aus den beiden Lichtwellenleitern 42 bzw. 46 werden gemeinsam, wie es bei 56 (Fig. 4) gezeigt ist, zu einem Kollimationsobjektiv 58 übertragen, wo sie nach der Kollimation auf einen rotierenden Spiegel 60 abgelenkt werden. Der Spiegel 60 lenkt die beiden Strahlen ab und schickt sie durch ein f-θ-Objektiv 62. Beide Strahlen werden dann über einen Spiegel 64 auf das Arbeitsmedium WM auf dem Tisch 4 projiziert. Von dem Spiegel 64 aus wird der Arbeitsstrahl direkt auf das Arbeitsmedium WM projiziert, wogegen der Referenzstrahl von einem Spiegel 66 aus auf einen Strahlpositionsdetektor (BPD) 68 reflektiert wird.
Das Objektiv 62 erstreckt die Drennweiten der beiden Strahlen zu den äußersten Enden des Bogens und verflacht so den größten Teil des Bogens zu einer geraden Linie. Die endgültige Justierung an den äußersten Enden der Linie erfolgt elektronisch durch Verstärken der Intensität des Strahls. Das Objektiv 62 gewährleistet somit eine scharfe Fokussierung des Arbeitsstrahls auf dem Arbeitsmedium WM und des Referenzstrahls auf dem Strahlpositionsdetektor (SPD) 68 längs der gesamten Abtastlinie und eliminiert im wesentlichen eine Weitwinkelverzerrung.
Der Strahlpositionsdetektor 68 bewirkt, daß die Lage des Referenzstrahls längs der X-Achse und der Y-Achse einer Abtastlinie gemessen wird. Die Lage wird dann in einem geschlossenen Regelkreis, der einen Verstärker 70 und die oben erwähnte Steuereinheit 52 umfaßt, benutzt, um den Arbeitsstrahl an der korrekten Stelle auf der abgetasteten Linie zu halten.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist der Tisch 4, der das Arbeitsmedium empfängt, ein Saugtisch, der mit Sauglöchern zum festen Erfassen des Arbeitsmediums versehen ist. Die Vorrichtung weist deshalb eine Vakuumpumpe 80 auf, die die Saugwirkung erzeugt. Die Vorrichtung weist weiter zwei Ladekassetten 82, 84 an einem Ende des Tisches 4 zum Zuführen des Arbeitsmediums (z.B. eines Films) und eine Entladekassette 86 an dem entgegengesetzten Ende des Tisches zum Aufnehmen des Arbeitsmediums auf. Der Saugtisch 4 ist auf einem horizontalen Abschnitt 2a des Rahmens 2 durch mehrere Stoßdämpfer 88 befestigt.
Der übrige Teil des Aufbaus der Vorrichtung, die in den Fig. 1-4 dargestellt ist, und die Arbeitsweise dieser Vorrichtung sind im wesentlichen dieselben wie bei existierenden Laserplottern, mit der Ausnahme, daß, während bei existierenden Laserplottern der Schlitten zur Bewegung längs Führungen auf seinen beiden gegenüberliegenden Seiten gelagert ist, bei dem Aufbau nach den Fig. 1-4 der Schlitten 6 auf freitragende Weise auf einer Seite des Maschinenrahmens 2 gelagert ist, wie oben beschrieben. Das den Laserstrahl erzeugenden Ende des Systems, der Laser 30 und der Modulator 40 sind alle Teil des feststehenden optischen Untersystems FOSS, das an dem feststehenden Rahmen befestigt ist, wogegen das Laserstrahllieferende des Systems, die Elemente 50-70, die in Fig. 4 dargestellt sind, alle Teil des beweglichen optischen Untersystems MOSS sind, das auf dem Schlitten 6 befestigt ist, und mit dem feststehenden Untersystem FOSS über die beiden Lichtwellenleiter 42, 46 verbunden sind.
Ein solcher Aufbau reduziert somit die Masse und das Gewicht der Vorrichtung wesentlich; er sorgt für eine Gewichtseinsparung von bis zu 50%. Die Größe der Basis kann daher von der Größe des. Arbeitsmediums abhängig sein, so daß, wenn kleinere Arbeitsmedien benutzt werden, die Größe der Basis entsprechend reduziert werden kann. Ein solcher Aufbau eignet sich eher für Änderungen der Größe der Arbeitsmedien und für Zusatzeinrichtungen an der Vorrichtung.
Darüber hinaus ermöglicht ein solcher Aufbau bequemeren Zugang zu dem Arbeitsmedium auf dem Tisch 4, da der Zugang von drei Seiten her möglich ist. Weiter ist die vorschubspindel (oder ein anderer Antrieb) zum Antreiben des Schlittens seitlich von dem Schlitten angeordnet und stört daher nicht das Laserstrahlliefersystem.
Ein weiterer Vorteil eines solchen Aufbau ist, daß er gestattet, das Abtastsystem auf vorhandenen Vorrichtungen zu lagern, die für andere Zwecke benutzt werden. Der letztgenannte Vorteil wird mehr im besonderen durch die Vorrichtung veranschaulicht, die in Fig 5 dargestellt ist.
So veranschaulicht Fig. 5 z.B. eine Druck- oder Andruckpresse 100, die einen stationären Rahmen 102 aufweist. Die Maschine hat weiter einen Tisch 104, der von einer Ausgangsposition aus durch eine Belichtungsstation 106 bewegbar ist, in der unbelichtete Arbeitsmedien individuell zur Belichtung durch ein Laserstrahlliefersystem einzeln zugeführt werden, das teilweise (oder vollständig) von einem Schlitten 110 getragen wird, der über dem Tisch 104 bewegbar ist. Der Schlitten 110 trägt so den Strahllieferteil des Laserstrahlliefersystems (schematisch dargestellt durch einen Kasten 112), welches einen Laserstrahl (bei 114 schematisch gezeigt) über die vollständige Oberfläche des Arbeitsmediums auf dem Tisch 104 leitet. Das Arbeitsmedium wird, wenn es auf diese Weise belichtet worden ist, einem Verarbeitungsbereich 116 zugeführt, wo es verarbeitet und dem entgegengesetzten Ende der Maschine zugeführt wird, wie es durch das Arbeitsmedium 118 in Fig. 5 gezeigt ist.
Bei der Maschine, die in Fig. 5 dargestellt ist, wird der stationäre Rahmen 102 der Maschine auch dazu benutzt, den Schlitten 110 auf freitragende Weise über dem Tisch 104 zu lagern, der das Arbeitsmedium in der Belichtungsstation 106 trägt. Der stationäre Rahmen 102 weist daher eine obere Tragschiene 120 und eine untere Lagerfläche 122 auf, entsprechend der Schiene 8 und der Lagerfläche 10 bei dem in den Fig. 1-4 gezeigten Aufbau.
Es ist klar, daß das Läserstrahlliefersystem und der Antrieb für den Schlitten 110 so ausgebildet sein können, wie es oben mit Bezug auf die Fig. 1-4 beschrieben worden ist.
Bei den beiden Konstruktionen, die in den Fig. 1-4 bzw. in Fig. 5 dargestellt sind, trägt der freitragend gelagerte Schlitten den Strahllieferteil des Laserstrahlliefersystems, wo hingegen der feststehende Tisch das Arbeitsmedium trägt. Es ist jedoch klar, daß der bewegliche Schlitten das Arbeitsmedium tragen könnte und daß der feststehende Tisch das gesamte Laserstrahiliefersystem oder einen Teil desselben tragen könnte. Es ist außerdem klar, daß andere freitragende Lageranordnungen zum Lagern des Schlittens benutzt werden könnten.
Viele andere Variationen, Modifikationen und Anwendungsfälle der Erfindung liegen auf der Hand.

Claims

1. Laserabtastvorrichtung mit:

a. einem Maschinenrahmen (2; 102);

b. einem ersten Tragteil (4; 104) zum Tragen eines Arbeitsmediums (WM); und

c. einem zweiten Tragteil (6; 110) zum Tragen wenigstens des Lieferendes (MOSS) eines Laserstrahlliefersystems (FOSS, MOSS);

wobei eines der Tragteile (4, 6) ein beweglicher Schlitten (6; 110) ist, der auf freitragende Weise auf einer Seite des Maschinenrahmens (2) gelagert ist, um eine Relativbewegüng zwischen dem Arbeitsmedium und dem Laserstrahlliefersystem zu bewirken und den Laserstrahl zu veranlassen, das Arbeitsmedium abzutasten; und

wobei der Maschinenrahmen (2) eine obere Schiene (8; 120) zum verschiebbaren Lagern von einem Ende (12) des Schlittens (6) auf freitragende Weise aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinenrahmen weiter eine Einrichtung aufweist, die eine lineare Lagerfläche (10; 122) unterhalb und parallel zu der Schiene (8) hat;

wobei die lineare Lagerfläche (10) mit einem unteren Teil (16) des Schlittens (6) in Berührung bringbar ist, um ein Schwenken des Schlittens um die obere Schiene (8) zu verhindern und um lediglich eine lineare Bewegung des Schlittens längs der Schiene zu gestatten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Schiene (8) mit einer oberen Seite (8a) versehen ist, die eine innere und eine dazu abgewinkelte äußere Lagerfläche (8b) hat, welche sich längs einer Zwischenlinie (8c) schneiden, die sich in der axialen Richtiung der Schiene erstreckt; und wobei das eine Ende des Schlittens einen Block (12) aufweist, der eine untere Seite hat, die mit einer inneren und einer dazu abgewinkelten äußeren Lagerfläche versehen ist, welche zu denen der oberen Seite der Schiene komplementär sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die lineare Lagerfläche (10) unter und parallel zu der Schiene (8) eine ebene, sich vertikal erstreckende Oberfläche ist.

.4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei der Maschinenrahmen (2) ein feststehendes Bett zum Tragen des Arbeitsmediums aufweist und wobei der freitragend gelagerte Schlitten (6) wenigstens das Lieferende des Laserstrahlliefersystems trägt.

- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Laserstrahlliefersystem (FOSS, MOSS) ein feststehendes optisches Untersystem (FOSS) aufweist, das einen Laser (30) umfaßt, der an dem Maschinenrahmen (2) befestigt ist, ein bewegliches optisches Untersystem (MOSS), das an dem Schlitten (6) angebracht und mit demselben bewegbar ist, und einen optischen Lichtwellenleiter (46, 42), der das feststehende optische Untersystem mit dem beweglichen optischen Untersystem koppelt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das bewegliche optische untersystem (MOSS), das an dem Schlitten (6) angebracht ist, einen Drehspiegel (60) zum Ablenken des Laserstrahls quer zu der Bewegungsrichtung des Schlittens aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das feststehende optische Untersystem (FOSS) weiter einen Strahlteiler (34) aufweist, der in bezug auf den Maschinenrahmen (2) feststeht, um den Laserstrahl in einen Arbeitsstrahl und in einen Referenzstrahl aufzuteilen, wobei der Arbeitsstrahl und der Referenzstrahl durch den optischen Lichtwellenleiter (46, 42) mit dem beweglichen optischen Untersystem (MOSS), das an dem Schlitten (6) angebracht ist, gekoppelt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das bewegliche optische Untersystem (MOSS), das an dem Schlitten (6) angebracht ist, weiter einen Strahlpositionsdetektor (58) zum Erfassen der Lage des Referenzstrahls und zum Steuern der Lage des Arbeitsstrahls gemäß der erfaßten Lage des Referenzstrahls aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5-8, wobei das bewegliche optische Untersystem (MOSS), das an dem Schlitten (6) angebracht ist, weiter einen langen Spiegel (64) zum Projizieren des Laserstrahls von dem Drehspiegel (60) auf das Arbeitsmedium aufweist.