DE69805913T2

DE69805913T2 - Druckkopf mit individuell adressierbarem Laser-Diodenarray

Info

Publication number: DE69805913T2
Application number: DE69805913T
Authority: DE
Inventors: Serge Steinblatt
Original assignee: Kodak IL Ltd
Current assignee: Kodak IL Ltd
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1998-04-29
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2018-04-30
Also published as: EP0878773A3; EP0878773A2; EP0878773B1; IL120841A; DE69805913D1; IL120841A0; US5986819A

Description

GEGENSTAND UND HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Druckkopf für einen elektrooptischen Drucker bzw. Plotter und insbesondere einen Druckkopf, der eine Vielzahl von Lichtpunkten auf einer zu bedruckenden Oberfläche erzeugt, wie einer Druckplatte in einer Plattenbelichtungseinheit.
Bei einer Laserbelichtungseinheit wird das Licht von einer oder mehreren Laserquellen auf die Oberfläche eines lichtempfindlichen Films oder einer lichtempfindlichen Platte fokussiert. Zur Vereinfachung wird diese Oberfläche (unabhängig davon, ob es sich um einen Film oder eine Platte handelt) nachstehend als der Film bezeichnet. Die Aufzeichnungs- bzw. Belichtungsgeschwindigkeit ist im Wesentlichen durch die Energie des Laserstrahls und durch die Geschwindigkeit, mit der er die Oberfläche des Films überstreichen kann, begrenzt. Die Energieeinschränkung ist insbesondere bei Plattenbelichtungseinheiten in Folge der inhärenten geringen Lichtempfindlichkeit der im Augenblick verwendeten Druckplatten problematisch. Um eine höhere Belichtungsgeschwindigkeit zu erzielen, ist es bekannt, mehrere Laserquellen, üblicherweise Laserdioden (LDs), zu verwenden, die in einer parallelen Anordnung arbeiten und eine Vielzahl von Spuren auf dem Film erzeugen, wenn sie über diesen hinweg geführt werden. Eine praktische Einrichtung für diesen Zweck ist ein individuell adressierbarer Laserdiodenarray oder eine ebensolche Laserdiodenreihe (IALDA), der bzw. die aus einem einzelnen Stab aus einen Halbleitermaterial, wie beispielsweise GaAs, besteht, in der ein linearer Array bzw. eine lineare Reihe an adressierbaren Laserabschnitten ausgebildet worden ist. Es ist zu bemerken, dass eine derartige IALDA-Einrichtung von einer nicht adressierbaren Laserdioden- Arrayeinrichtung verschieden ist, welche bei Belichtungseinheiten als eine Lichtquelle verwendet worden ist, um ein Array an Lichtmodulatoren zu beleuchten bzw. zu bestrahlen. Die Vorteile der IALDA gegenüber ein Array aus einzelnen LDs bestehen in den sehr viel geringeren Kosten und in der Möglichkeit, einen geringeren Abstand der einzelnen Laserabschnitte zu erreichen, obwohl diese immer noch nicht aneinander angrenzen können. Ein möglicher Nachteil der IALDA besteht darin, dass bei einer hohen Energieausgabe irgendein Abschnitt fehlerhaft arbeiten kann, welcher die gesamte Einrichtung für das Belichten von Platten unbrauchbar macht. Jedoch sind in der jüngeren Vergangenheit praktisch einsetzbare IALDA- Einrichtungen mit ausreichender Leistung und Zuverlässigkeit verfügbar geworden.
Zwei wichtige Eigenschaften jeder Laserdiode oder jedes Laserabschnittes in einer LD-Arrayeinrichtung, insbesondere im Falle einer Mehrfachmodus-LD (die für hohe Energie- bzw. Leistungsanwendungen dient, wie beispielsweise der durch die vorliegende Erfindung behandelten) besteht darin, dass erstens der Lichtabstrahlbereich eine sehr langgestreckte Form, üblicherweise 1 um Breite und 50 bis 200 um Länge, aufweist und dass zweitens die Strahldivergenz in der Quer- bzw. Breitenrichtung verhältnismäßig hoch ist - üblicherweise 45º FWHM, entsprechend einer numerischen Apertur (NA) von 0,4 - während in der Längsrichtung sie verhältnismäßig gering ist - üblicherweise 12º FWHM, entsprechend einer NA von 0,1.
Bei einem üblichen Typ eines Lichtprojektionssystems des Standes der Technik, welches unter anderem bei Belichtungseinheiten verwendet wird, werden die Lichtstrahlen, die durch eine IALDA-Einrichtung oder einem linearen Array an Laserdioden abgestrahlt werden, einfach durch eine Objektivlinse auf den Film fokussiert, wodurch auf dem Film ein Array von projizierten Punkten erzeugt wird, die das Bild des Arrays der Laserbereiche ist, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Der Film wird in einer bestimmten Richtung 44 bewegt, wodurch die Lichtpunkte parallele Spuren 46 auf dem Film aufzeichnen, wie dies dargestellt ist. Wenn nun die Lichtabstrahlbereiche auf dem Array und demzufolge ebenfalls die projizierten Punkte ausreichend aneinander angenähert werden, würde der Array so orientiert werden, dass die Längsachse 42 seines Bildes senkrecht zu der Verfahrrichtung 44 verläuft. Da jedoch die Punkte im Wesentlichen nicht unmittelbar aneinander stoßen, wird die Einrichtung oder der Array üblicherweise in einer Ebene parallel zu der des Filmes gedreht, so dass die Längsachse 42 in einem Winkel α gegenüber der Richtung senkrecht zu der Verfahrrichtung 44 ausgerichtet wird und daher die Spuren 46 näher aneinander gerückt werden. Wenn die Teilung der Punkte, das heißt der Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Punkte, p ist, dann wird die Teilung der Spuren klar zu p' = p*cosα. Die einzelnen Laserquellen werden so moduliert, dass sich die ergebenden Intensitäten entlang jeder Spur 46 entsprechend dem Bild, welches aufzuzeichnen ist, verändern, wobei die relative Taktung der Modulation über die verschiedenen Quellen so eingestellt wird, dass die sich ergebenden Merkmale des Bildes genau auf dem Film ausgerichtet werden. Der Winkel α wird so gewählt, dass die Teilung der Spuren p' einen bestimmten Wert annimmt. Idealerweise ist die projizierte Breite jedes Punktes in einer Richtung senkrecht zu der Spur gleich der Teilung p'. In dem Fall diskreter LDs würde jede LD so ausgerichtet werden, dass die Längendimension jedes Abstrahlbereiches senkrecht zu der Spurrichtung 44 bleibt, wobei der Winkel α und die Projektionsparameter dann so gewählt werden können, dass die Benachbartheit der Spuren aufrechterhalten wird. Jedoch fällt im Falle einer LD-Arrayeinrichtung, wie beispielsweise einer IALDA, die Längsachse jedes Laserbereiches mit der Längsachse des Arrays starr zusammen. Im Ergebnis bildet die Längsachse jedes projizierten Punktes einen Winkel α mit der Normalen zu der Verfahrrichtung 44, so dass demzufolge die effektive Spurbreite w' enger wird als die tatsächliche Punktbreite w entlang ihrer Längsachse. Wiederum gilt die Gleichung w' = w*cosα. Es ist zu bemerken, dass das Verhältnis der effektiven Spurbreite w' zu der Spurteilung p' gleich dem Verhältnis der Punktbreite w zu der Arraybildteilung p ist und daher unabhängig von dem Wert des Winkels α konstant bleibt.
Die zweite Eigenschaft, nämlich die anamorphotische Strahldivergenz, kann eine Schwierigkeit bei der Gestaltung einer lichteffizienten Projektionsoptik sein, da dann die numerische Apertur der Objektivlinse sehr groß sein muss. Es ist zu bemerken, dass üblicherweise die Länge jedes projizierten Punktes im Bereich von 10 bis 30 um und daher sehr viel kleiner als die Länge jedes Abstrahlbereiches zu sein hat. Dies erfordert von der Projektionsoptik eine effektive Verkleinerung, welche weiter die notwendige NA auf ihre Austrittsseite erhöht, wenn sie den gesamten Strahl aufnehmen sollen.
Die vorstehend erläuterten Schwierigkeiten können durch Verwendung von anamorphotischen Projektionsoptiken, wie solchen, die eine große numerische Apertur in der Quer- bzw. Breitenrichtung besitzen, und solchen, die einen nahezu kreisförmigen Bildpunkt erzeugen, überwunden werden.
Eine allgemeine Gestaltung derartiger Optiken besteht in einer afokalen Anordnung, welche aus einer Kollimationslinse, oder einer Gruppe hiervon, einer Fokussierlinse, oder einer Gruppe hiervon, und einer anamorphotischen Modifikation besteht. Ein Verfahren einer derartigen Modifikation, das beispielsweise in den US-Patenten 4,520,471 und 4,932,734 verwendet wird, besteht darin, zwischen zwei Linsengruppen (welche selbst im Wesentlichen sphärisch sind) ein Paar zylindrische Linsen einzusetzen, die als eine Strahlerweiterungseinrichtung oder als eine Modifiziereinrichtung für die Strahlerweiterung in einer Achse dienen. Ein weiteres Verfahren, welches beispielsweise in den US-Patenten 5,541,951 und 5,594,752 (Fig. 1-3) beschrieben wird, besteht darin, die Objektivanordnung aus zylindrischen Linsen unterschiedlicher Leistungswerte in jeder Achse zu bilden. Es ist zu bemerken, dass in den beiden zuletzt genannten Patenten versucht wird, einen einzelnen Punkt aus mehreren Lichtquellen zu erzeugen, und daher ein Array von zylindrischen Objektivlinsen in einer Achse vorhanden ist. Es ist weiterhin zu bemerken, dass in dem '951- Patent die Reihenfolge der zylindrischen Linsen in zwei Achsen so gewählt ist, dass die Strahlen im großen Umfang in der Querachse erweitert werden und daher die Apertur der Fokussierlinse weiter füllen. Es ist darüber hinaus zu bemerken, dass in dem '752-Patent (Fig. 4 und 5) eine Vielzahl von Schreibpunkten vorgesehen ist, wodurch jeder Punkt durch eine einzelne Fokussierlinse erzeugt wird (jede erhält einen kollimierten bzw. parallel ausgerichteten Strahl, wie es für die Fig. 1-3 beschrieben ist).
Eine hiervon verschiedene anamorphotische Konfiguration wird in dem US-Patent 5,521,748 gelehrt, welches im Wesentlichen die Aufgabe behandelt, ein Array oder Reihe von Lichtmodulatoren (LM) mittels einem nicht adressierbaren LD-Array zu bestrahlen (eine alternative Anordnung für Belichtungseinheiten, wie sie vorstehend erläutert worden ist, mit der sich die vorliegende Erfindung nicht beschäftigt). Hierbei belichtet eine bestimmte optische Konfiguration, die zylindrische Linsen in der Längsachse enthält, alle Lichtquellen auf sämtlichen Elementen der LM, während eine weitere einzelne zylindrische Linse die Lichtquellen auf dem LM in der Querachse fokussiert; es besteht, falls überhaupt, ein geringer Bezug zu den anamorphotischen Verhältnissen oder anderer Beziehungen zwischen den beiden Achsen, da nicht auf eine projizierte Punktform Bezug genommen wird.
Ein schwerwiegender Nachteil von anamorphotischen Konfigurationen des Standes der Technik, wie sie vorstehend beschrieben worden sind, besteht in ihrer verhältnismäßigen Komplexität, was zu unerwünscht hohen Herstellkosten führt.
Bei einem weiteren Typus eines LD-Array-Lichtprojektionssystems des Standes der Technik, beispielhaft erwähnt in dem US-Patent 5,168,288 und ebenfalls üblicherweise bei Belichtungseinheiten verwendet, wird das durch jede Quelle abgestrahlte Licht in eine entsprechende Lichtleitfaser gekoppelt; die anderen Enden der derartigen Fasern sind in unmittelbarer Nähe zueinander entlang einer Linie angeordnet und projizieren gemeinsam durch eine Objektivlinse auf den Film. Ein derartiges System beseitigt die Schwierigkeiten, welche aus den beiden Eigenschaften entstehen, wie sie vorstehend mit Bezug auf den Laserbereich erläutert worden sind, da im Wesentlichen der gesamte Strahl in seine entsprechende Faser gekoppelt wird und da die Lichtemission aus jeder Faser im Wesentlichen einen kreisförmigen Querschnitt besitzt. Jedoch teilt dieses System den Kostennachteil des ersten Typus, wie er vorstehend erläutert worden ist, dahingehend, dass es schwierig ist, die Fasern in die gewünschten Anordnungen präzise zu plazieren.
Daher besteht ein großer Bedarf für ein anamorphotisches optisches System, und es wäre sehr vorteilhaft, ein solches zu besitzen, das Licht aus einer einzeln adressierbaren Laserdiodenarray als ein Array an gerundeten Punkten projiziert, welcher einfach und billig herzustellen ist.
Die EP-A-0,601,485 offenbart einen Laserstrahldrucker, der ein Diodenarray enthält, welcher mehrere modulierte, parallele und divergierende Lichtstrahlen erzeugt. Optische Mittel reduzieren die Divergenz der parallelen Lichtstrahlen aus der Laserdiodenarray, fokussieren die Lichtstrahlen in einem Querabschnitt entlang der Breite der Laserdiode nicht und fokussieren die Lichtstrahlen auf eine Ebene einer Eintrittsöffnung bzw. Eintrittspupille einer Drucklinse in einem Querabschnitt senkrecht zu der ersten Querschnittsrichtung. Eine separate Linsenanordnung eines Linsenanordnungsarrays führt einen entsprechenden Lichtstrahl aus der Laserdiodenarray in Richtung eines Bereiches auf einer Ebene vor der Drucklinse in der ersten Querschnittsrichtung und fokussiert den Lichtstrahl auf die Ebene der Eintrittsöffnung in einer zweiten Querschnittsrichtung.
Die US-A-4,474,422 offenbart eine optische Scan- bzw. Überfahrvorrichtung mit einer kompakten Struktur, welche enthält: ein Array aus ausgerichteten Lichtquellen, einen Kollimationsabschnitt, einen Ablenkabschnitt zum Ablenken der kollimierten bzw. parallel ausgerichteten Strahlen und einen Abbildungsabschnitt, um die abgelenkten Strahlen zu veranlassen, ein Bild auf einer zu überfahrenden Oberfläche zu erzeugen.
Die EP-A-0,549,204 offenbart eine optische Rasterscan- bzw. Rasterüberfahreinrichtung mit einem Array an unabhängig adressierbaren Lichtabstrahleinrichtungen, die verwendet werden, um eine Punktposition auf einer Bildebene zu steuern. Der Array ist so angeordnet, dass das abgestrahlte Licht Punkte in der Bildebene erzeugt, welche in der Langsamscanrichtung voneinander verschoben sind. Der Gesamtabstand zwischen allen Punkten ist geringer als der Abstand zwischen den Scanzeilen in der Schnellscanrichtung. Ein Element des Arrays wird pro Scanzeile ausgewählt, um die Position des Punktes in der Langsamascanrichtung für diese Scanzeile zu steuern.
Die vorliegende Erfindung beseitigt erfolgreich die Nachteile der im Augenblick bekannten Konfigurationen durch Bereitstellen eines einfachen und kompakten optischen Systems zum Abbilden eines Arrays an Lichtabstrahleinrichtungen, wie einem Laserdiodenarray, und insbesondere durch ein individuell adressierbares Laserdiodenarray auf einer Aufzeichnungsoberfläche, wobei das Bild jedes Abstrahlbereiches in der Quer- bzw. Breitenrichtung auf eine Breite ca. gleich seiner Längendimension verteilt bzw. ausgebreitet ist.
Die vorliegende Erfindung offenbart eine neue optische Anordnung, die aus einer nicht anamorphotischen Hauptabbildungslinsenanordnung und einer einzelnen zylindrischen Linse besteht, die zwischen dem Array und der Abbildungslinsenanordnung angeordnet ist, wobei ihre Brennlinie parallel zu der Mittenlinie des Arrays verläuft.
Insbesondere fokussiert die Abbildungslinsenanordnung, welche vorzugsweise eine telezentrische konfokale Konfiguration besitzt, das Bild entlang der Längsachse. Die zylindrische Linse wird verwendet, um entweder ein reales Bild der Mittenlinie des Arrays (das heißt, ein reales Bild des Arrays in der Querachse) vor der Abbildungslinsenanordnung oder ein virtuelles Bild der Mittenlinie des Arrays hinter dem Array zu erzeugen. Im ersten Fall wird das Bild des Arrays in der Querachse auf einer Ebene hinter der Aufzeichnungsoberfläche fokussiert; in dem zweiten Fall wird das Bild des Arrays in der Querachse in einer Ebene vor der Aufzeichnungsoberfläche fokussiert. In beiden Fällen wird eine Verteilung bzw. Ausbreitung der kürzeren Abmessung der abgebildeten Abstrahlbereiche in Folge der Defokussierung an der Aufzeichnungsoberfläche auftreten. Darüber hinaus wird in jedem Fall die numerische Apertur der abgestrahlten Strahlen in der Querachse vor ihrem Eintritt in die Abbildungslinsenanordnung verringert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein System bereit gestellt, welches enthält: eine lineare Reihe bzw. ein lineares Array von Lichtabstrahlbereichen innerhalb einer ebenen Fläche, eine Aufzeichnungsoberfläche und ein optisches Abbildungssystem zum Projizieren des abgestrahlten Lichts auf die Aufzeichnungsoberfläche, wobei jeder Abstrahlbereich eine lange Achse, die im Wesentlichen kollinear zu der Reihen- bzw. Arraymittenlinie verläuft, so wie eine kurze Achse aufweist, die senkrecht zu der langen Achse verläuft, und wobei die Dimension jedes Bereiches entlang der kurzen Achse im Wesentlichen kleiner ist als die Dimension entlang der langen Achse, und wobei das optische Abbildungssystem besteht aus: einer zylindrischen Linse, die so angeordnet ist, dass ihre Brennlinie im Wesentlichen parallel zu der Reihen- bzw. Arraymittenlinie verläuft, und die zur Verringerung der Divergenz des abgestrahlten Lichtes in Richtung der kurzen Achse vorgesehen ist, und einer nicht anamorphotischen Abbildungslinsenanordnung, die zwischen der zylindrischen Linse und der Aufzeichnungsoberfläche angeordnet ist, wobei die zylindrische Linse und jedes optische Element der Linsenanordnung angeordnet ist, um Licht von allen Lichtabstrahlbereichen zu empfangen, wobei die zylindrischen Linse und die Abbildungslinsenanordnung zusammenwirken, um ein Bild der Reihe bzw. des Arrays auf der Aufzeichnungsoberfläche zu erzeugen, wobei das Bild aus einer linearen Reihe bzw. einem linearen Array von Lichtpunkten besteht, wobei jeder Lichtpunkt einem besonderen Lichtabstrahlbereich entspricht, wobei das Bild jedes Lichtabstrahlbereiches in Richtung der kurzen Achse in Folge der Defokussierung an der Aufzeichnungsoberfläche gestreut bzw. ausgebreitet wird.
Gemäß weiteren Merkmalen bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die nachstehend erläutert werden, ist das besagte Bild im Wesentlichen in einer Richtung parallel zu der Bildmittenlinie fokussiert und ist im Wesentlichen in einer Richtung senkrecht zu der Bildmittenlinie verteilt bzw. ausgebreitet. Vorzugsweise ist die Abmessung jedes dieser Lichtpunkte in einer Richtung senkrecht zu der Bildmittenlinie im Wesentlichen gleich der Abmessung dieses Lichtpunktes in einer Richtung parallel zu Bildmittenlinie.
Entsprechend weiterer Merkmale in den beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen besitzt die Abbildungslinsenanordnung eine telezentrische Konfiguration bzw. Gestaltung und ist nicht anamorphotisch.
Gemäß noch anderer Merkmale in den beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen erzeugt die zylindrische Linse entweder ein reales Bild oder ein virtuelles Bild der Arraymittenlinie.
Darüber hinaus ist ein Verfahren zum Projizieren des Lichtes, welches aus einer linearen Reihe bzw. einem linearen Array an Lichtabstrahlbereichen abgestrahlt ist, offenbart, wie es im Anspruch 14 nachstehend beansprucht ist.
Die Erfindung wird nachstehend im Wege ausschließlich eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren erläutert. Hierbei ist:
Fig. 1 eine schematische Darstellung, die einen typischen Array an projizierten Lichtpunkten aus einem Laserdiodenarray mit Bezug auf überfahrenen bzw. gescannten Spuren gemäß dem Stand der Technik wiedergibt;
Fig. 2 eine isometrische schematische Darstellung des Arrayprojektionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Querschnittsansicht des Systems der Fig. 2, welche die Ebene wiedergibt, die die Mittenlinie des Arrays enthält;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Systems der Fig. 2, welche die Ebene zeigt, die senkrecht zu der Ebene der Fig. 3 verläuft;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht einer bevorzugten Konfiguration bzw. Gestaltung der Abbildungslinsenanordnung des Systems der Fig. 2;
Fig. 6 eine Ansicht ähnlich zu Fig. 3, welche die Strahlenspuren durch die Abbildungslinsenanordnung der Fig. 5 wiedergibt;
Fig. 7 eine Ansicht der Strahlenspuren des Objektendes und des Bildendes einer bevorzugten Konfiguration des optischen Systems der Fig. 6;
Fig. 8 eine Ansicht ähnlich zu Fig. 7, welche eine alternative Konfiguration des optischen Systems wiedergibt;
Fig. 9 eine Ansicht der Strahlenspuren einer weiteren Konfiguration des optischen Systems der Fig. 6.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Prinzipien und die Arbeitsweise eines optischen Schreibkopfes gemäß der vorliegenden Erfindung kann unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren und die beigefügte Beschreibung besser verstanden werden.
Es wird nun auf die Zeichnungsfiguren Bezug genommen, in denen die Fig. 2 bis 4 die generelle Gestaltung bzw. Konfiguration des optischen Projektionssystems wiedergeben, um das Licht, welches von einer individuell adressierbaren Laserdioden-Arrayeinrichtung (IALDA) 10 abgestrahlt wird, auf einen Film 12 zu projizieren, während die so projizierten Lichtpunkte über den Film wandern. Bei dem dargestellten Beispiel wird der Film 12 um eine sich drehende Trommel 14 gewickelt, wie es für eine externe Trommelbelichtungseinrichtung typisch ist, jedoch sind andere Konfigurationen ebenfalls möglich. Die Reihe bzw. der Array besteht aus einer Reihe von Laserabschnitten, die über Nicht-Laserabschnitte beabstandet sind und die mit Lichtabstrahlbereichen in einer ebenen Fläche 11 enden. Jeder Laserabschnitt ist mit einer individuell adressierbaren Elektrode verbunden, an der ein Strom von einer Treiberschaltung (nicht gezeigt) entsprechend dem Bildsignal angelegt wird und die demzufolge Licht in einem Strahl abgibt, der im Wesentlichen um eine Linie senkrecht zu der Fläche 11 zentriert ist. Jeder Abstrahlbereich weist üblicherweise eine Breite von 1 um und eine Länge von 60 um auf und die Mittellinien aller Bereiche entlang ihrer Längendimensionen sind im Wesentlichen kollinear mit einer sich längs erstreckenden Arraymittenlinie 24, die in der Ebene der bestrahlten Fläche 11 liegt.
Die IALDA ist mit ihrer Abstrahlfläche 11 im Wesentlichen parallel zu dem Abschnitt des Filmes, welcher überfahren wird (oder auf dem geschrieben wird) mit einem Abstand d3 hiervon angeordnet, so dass eine Linie durch die Mitte des Arrays der abstrahlenden Bereiche und senkrecht zu der Fläche 11 ebenfalls senkrecht zu dem Abschnitt des Filmes verläuft. Diese senkrechte Linie wird als die optische Achse des (Projektions-)System bezeichnet. Obwohl der Array und seine Mittenlinie 24 bei diesem Beispiel als parallel verlaufend zu der Drehachse der Trommel gezeigt sind, kann er bzw. sie auch schräg innerhalb einer Ebene senkrecht zu der optischen Systemachse in jedem Winkel α gegenüber einer derartigen parallelen Position verlaufen, um die unmittelbar benachbarten Überfahrspuren bzw. Scanspuren (wie vorstehend mit Bezug auf Fig. 1 erläutert) zu bewirken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine positive zylindrische Linse 16 vorgesehen, die so angeordnet ist, dass ihre Achsialebene die optische Achse des Systems enthält, ihre Hauptebene (innerhalb der Bedeutung einer dünnen Linsenapproximation) 25 parallel zu der Fläche 11 der Einrichtung und in einem Abstand d1 hiervon verläuft und ihre Brennlinie 22 parallel zu der Arraymittenlinie 24 verläuft. Die zylindrische Linse ist geringfügig länger als der Array und besitzt vorzugsweise eine numerische Apertur dergestalt, dass sie im Wesentlichen die gesamte Breite der abgestrahlten Strahlen, welche in der breiten Richtung divergierten, überschneidet, das heißt - in jeder Ebene senkrecht zur Mittenlinie 24. Wie es in dem den Stand der Technik behandelnden Abschnitt erläutert worden ist, bildet diese Divergenz normalerweise einen verhältnismäßig großen Winkel - üblicherweise 45º FWHM (entsprechend einem NA von 0,4).
Praktischerweise wird das gesamte Licht, welches durch die zylindrische Linse 16 übertragen wird, durch eine nicht anamorphotische Abbildungslinsenanordnung 18, die zur Abbildung der Bildfläche 11 dient, mit ihren Lichtabstrahlbereichen auf dem Film 12 überdeckt. Dieses Abbilden wird mit einer Demagnifikation von typischerweise 3 ausgeführt, so dass jeder 60 um lange Abstrahlbereich ein 20 um langes Bild erzeugt. Wenn die zylindrische Linse 16 nicht vorhanden ist, würde der Konvergenzwinkel der Strahlen in der Quer- bzw. Breitenachse, wenn sie vollständig durch die Linsenanordnung 18 hindurchgehen, klar größer als 45º, nämlich in diesem Fall 140º FWHM (entsprechend einer NA von 0,95) sein. Dies würde eine Abbildungslinsenanordnung 18 erfordern, die eine unrealistisch große NA aufweist. Es ist die Funktion der zylindrischen Linse 16, unter anderem die NA der Strahlen in der Quer- bzw. Breitenachse vor deren Eintritt in die Linsenanordnung 18 auf einen praktikablen Wert zu verringern.
Die Abbildungslinsenanordnung 18 kann im Allgemeinen eine positiv wirkende Konfiguration aufweisen, vorzugsweise aus sphärischen Elementen bestehen und relativ kurze konjugate Brennabstände aufweisen. Sie ist so positioniert, dass ihre optische Achse senkrecht zur bestrahlten Fläche 11 der IALDA-Einrichtung verläuft und mittig um den Array der Abstrahlbereiche angeordnet ist, so dass ihre Hauptebene an der Eintrittsseite 27 einen Abstand d2 von der Fläche 11 aufweist. Die Abstände d2 und d3 werden so gewählt oder so eingestellt, dass das projizierte Bild auf der Oberfläche des Films 12 die gewünschte Größe besitzt und scharf in der Richtung parallel zur Mittellinie 24 ist. Es ist zu bemerken, dass in dieser Richtung die zylindrische Linse 16 einen verhältnismäßig geringen Effekt besitzt.
Wie in Fig. 4 gezeigt ist, verringert die Linse 16 die Divergenz der Strahlen in die Quer- bzw. Breitenrichtung und im Ergebnis werden die Bilder der Abstrahlbereiche auf einer Linie 28 fokussiert, die von der Oberfläche des Films 12 beabstandet ist, während an dieser Oberfläche die Bilder in die Quer- bzw. Breitenrichtung um einen Betrag s verteilt bzw. ausgebreitet werden. Der Abstand d1 wird vorzugsweise so gewählt oder so eingestellt, dass die Verteilung bzw. Ausbreitung s ungefähr gleich der Längendimension des Bildes ist. Die Form des Bildes jedes Bereiches ist annähernd quadratisch und daher in der Praxis einem kreisförmigen Punkt angenähert. Wie im Zusammenhang mit dem Stand der Technik erläutert worden ist und wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist ein kreisförmiger Punkt wünschenswert, wenn beispielsweise der Array (von seiner Mittenlinie 24) um diese optische Systemachse um einen Winkel α gedreht werden muss, so dass die Spuren seines Bildes unmittelbar aneinander liegend werden. Die Notwendigkeit für einen kreisförmigen Punkt erhöht indirekt die Beziehung zu dem Winkel α.
Der Betrieb des IALDA-Lichtprojektionssystems wird nun näher im Detail in Verbindung mit einer bevorzugten Gestaltung einer Abbildungslinsenanordnung 18, wie sie in Fig. 5 gezeigt ist, erläutert. Hierbei besitzt die Linsenanordnung 18 ein konfokale telezentrische Konfiguration (das heißt, telezentrisch in Richtung sowohl der Objektebene als auch der Bildebene), die die Eigenschaft besitzt, dass der Hauptstrahl von jedem Objektpunkt in die Linsenanordnung 18 parallel zur optischen Achse eintritt und diese so verlässt. Diese Eigenschaft liefert den Vorteil, dass die Größe des projizierten Bildes unsensibel gegenüber Veränderungen in den Abständen zwischen der Linsenanordnung und der Objekt- bzw. Bildebenen ist (Veränderungen, die aus mechanischen Ungenauigkeiten oder Schwingungen resultieren können).
Die Linsenanordnung 18 kann so beschrieben werden, dass sie zwei sphärische Linsengruppen enthält - eine Objektgruppe 32, welche zu der IALDA weist und einen Brennabstand Fo besitzt, und eine Bildgruppe 34, die zu dem Film weist und einen Brennabstand Fi besitzt. Bei dem vorliegenden Beispiel ist Fo = 3Fi. Der Abstand zwischen den beiden Gruppen ist so gewählt, dass ihre entsprechenden inneren Brennpunkte am Punkt 36 zusammenfallen, mit anderen Worten ist der Abstand zwischen ihren entsprechenden Hauptebenen 33 und 35 gleich Fo + Fi (was in diesem Fall 4Fi ist).
Wie am besten in Fig. 6 erkennbar ist, die die achsiale Systemebene zeigt, welche eine Arraymittenlinie 24 enthält, ist die Hauptebene (im Sinne einer dünnen Linsenapproximation) 33 der Objektgruppe 32 (welche identisch zu der Eintrittshauptebene 27 der Fig. 3 ist) in einem Abstand d2 von der Abstrahlfläche 11 angeordnet, die gleich Fo ist, wobei die Hauptebene 35 der Bildgruppe 34 in einem Abstand vom Film 12 angeordnet ist, der Fi beträgt. Im Ergebnis wird das Licht, welches von jedem Punkt auf dem Array abgestrahlt wird, durch die Objektgruppe 32 parallel ausgerichtet bzw. kollimiert, wobei der Mittenstrahl jedes derartigen Strahs durch den gemeinsamen Brennpunkt 36 hindurchtritt, und wodurch die Bildgruppe 34 auf den Film fokussiert. Es ist zu bemerken, dass der Abstand d2 so eingestellt werden muss, dass die Wirkung in der parallelen Achse der zylindrischen Linse 16 auf dem optischen Pfad berücksichtigt wird, welcher im Wesentlichen gleichförmig ist.
Die Wirkung der zylindrischen Linse 16 auf das von jedem Bereich in die Quer- bzw. Breitenrichtung abgestrahlte Licht bleibt im Wesentlichen so, wie es unter Bezugnahme auf Fig. 4 vorstehend erläutert worden ist. Die Linse 16, welche im Wesentlichen eine einfache Linse, eine zusammengesetzte Linse oder eben eine Linsengruppe sein kann, besteht vorzugsweise aus einem Stück einer optischen Lichtleitfaser, welche von Team Technologies, Auburn, CA verfügbar ist. Die Faser kann verschiedene Größen und Querschnittsformen sowie Strukturen besitzen; in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt sie einen kreisförmigen Querschnitt mit einen Durchmesser 2R, wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Der Wert von R liegt üblicherweise im Bereich von 0,07 bis 5 mm. Ihr Brennabstand, nämlich der Abstand von ihrer vorderen Brennlinie 22 zu ihrer Hauptebene 37 beträgt ungefähr gleich R. Es gibt einen Bereich an möglichen Werten für d1 (was vorstehend als der Abstand von der Arraymittenlinie 24 zu der Hauptebene 25 der Linse 16 definiert worden ist) in der Weise, dass die gesamte Breite aller Lichtstrahlen in die Quer- bzw. Breitenrichtung in die Eintrittsöffnung der Objektivgruppe 32 der Abbildungslinsenanordnung 18 gebrochen wird. Dieser Bereich erstreckt sich von einem bestimmten Wert, bei dem die Brennlinie 22 hinter der Arraymittenlinie 24 liegt, zu einem bestimmten Wert, bei dem die Brennlinie 22 vor der Arraymittenlinie 24 liegt. Jedoch nur wenige praktische Werte innerhalb dieses Bereiches führen zu anderen gewünschten Effekten, nämlich der Verbreiterung der projizierten Punkte, um diese gleich mit ihrer Längendimension werden zu lassen. Diese praktischen Werte werden mit bestimmten Konfigurationen verbunden, wie es in der nachstehenden Beschreibung erläutert ist.
Die am meisten bevorzugte Konfiguration ist in Fig. 7 dargestellt. Hierbei ist d1 kürzer als der Brennabstand (das heißt, die Abstrahlfläche 11 ist dichter an der Linse 16 als ihre Brennlinie 22). Wie deutlich in Fig. 7 gezeigt ist, erzeugt die Linse 16 in der Quer- bzw. Breitenrichtung ein virtuelles Bild des Arrays, welches auf einer Linie 26 hinter der Brennlinie 22 liegt. Dieses virtuelle Bild dient als ein virtuelles Objekt für die Linsenanordnung 18, welche hiervon ein reales Bild auf den Film 12 projiziert. Wie in Fig. 7 gezeigt ist, liegt dieses Bild in dem Brennpunkt auf einer Linie 28, welche mit einem bestimmten Abstand vor dem Film angeordnet ist, während auf der Ebene des Films sie um eine Dimension s verteilt bzw. ausgebreitet ist. Der Abstand d1 wird so gewählt oder so eingestellt, dass s im Wesentlichen gleich der Längendimension eines abgebildeten Punktes ist (der in unserem Beispiel 20 um beträgt). Die Beziehung zwischen s und d1 wird ungefähr durch die folgende Gleichung bestimmt, welche durch die Prinzipien der Geometrie der Optik abgeleitet ist:
s = 2*d1*(tanθ&sub1;/tanθ&sub2; - 1)*θ&sub2;/m,
wobei θ&sub1; der Divergenzwinkel des Strahles in die Quer- bzw. Breitenrichtung bei existierender Fläche 11, θ&sub2; der Divergenzwinkel des Strahles in die Quer- bzw. Breitenrichtung bei existierender Linse 16 und m der Demagnifikationsfaktor (der in unserm Beispiel 3 ist) ist.
Die Parameter der verschiedenen Linsen werden so gewählt, dass, wenn diese Bedingung erhalten wird, alle Lichtstrahlen vollständig die Apertur aller Linsen klären. Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass die sphärischen Aberrationen durch Aufrechterhalten der Brennlänge der zylindrischen Linse so kurz wie möglich zu minimieren ist. Die erforderlichen Berechnungen können durch Fachleute in der Geometrie der Optik ausgeführt werden. Ein praktischer Satz an Parametern für den Array in unserem Beispiel, der eine Länge von 10 mm besitzt und mit d1 = 0,1 mm und s = 20 um, ist wie folgt:
Zylindrische Linse 16: F = 1mm, NA = 0,45;
Objektgruppe 32: F = 60 mm, NA = 0,14;
Bildgruppe 34: F = 20 mm, NA = 0,45.
Gemäß einer alternativen Konfiguration, die in Fig. 8 gezeigt ist, ist d1 länger als der Brennabstand der zylindrischen Linse (das heißt, dass die Brennlinie 22 zwischen der Linse 16 und der Abstrahlfläche 11 liegt), so dass die Linse 16 in der Quer- bzw. Breitenrichtung ein reales Bild des abstrahlenden Arrays an einer Linie 27 zwischen der Linse 16 und der Objektgruppe 32 erzeugt, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Der Abstand zwischen der Linse 16 und der Bildlinie 27 wird groß genug für die sich ergebende Strahldivergenz innerhalb des akzeptablen Bereiches gemacht. Die Abbildungslinsenanordnung 18 projiziert die Linie 27 auf den Film, jedoch, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, würde das projizierte Bild auf eine Linie 29 hinter den Film fokussiert werden, während in der Ebene des Films diese um eine Dimension s verteilt ist. Wiederum kann durch geeignete Auswahl der Parameter die Verteilung s auf die gewünschte Größe eingestellt werden.
Gemäß einer weiteren Konfiguration, die in Fig. 9 gezeigt ist, fällt die Brennlinie 22 der Linse 16 mit der Arraymittenlinie 24 zusammen. Im Ergebnis werden sämtliche Strahlen in der Quer- bzw. Breitenrichtung zusammengefasst bzw. parallel ausgerichtet. Sie treten darüber hinaus aus der Abbildungslinsenanordnung 18 aus und treffen auf den Film 12 in parallel ausgerichteter Form auf. Die sich ergebenden Punkte auf dem Film besitzen dann eine Größe in der Quer- bzw. Breitenrichtung, die gleich der Breite der parallel ausgerichteten Strahlen ist. Diese Breite wird durch den abgestrahlten Divergenzwinkel θ&sub1; und durch die Brennlänge der Linse 16 bestimmt. Durch geeignete Auswahl letzterer können die Punkte so eingestellt werden, dass sie die gewünschte Breite s besitzen.
Es ist zu bemerken, dass das optische Projektionssystem der vorliegenden Erfindung verhältnismäßig einfach ist und daher keine sorgfältige Ausrichtung über die übliche achsiale Ausrichtung hinaus benötigt, wobei nur die kritische Einstellungen des Abstandes d1 und des Abstandes d2 (oder d3) notwendig ist. Ihre Herstellkosten sollten daher verhältnismäßig gering sein.
Es ist zu bemerken, dass, obwohl mit Bezug auf eine IALDA-Einrichtung beschrieben, die vorliegende Erfindung ebenfalls auf andere Lichtabstrahl- Arrayeinrichtungen und auf Arrays mit diskreten Lichtabstrahldioden anwendbar ist. Es ist darüber hinaus zu bemerken, dass, während die Erfindung unter Bezugnahme auf eine begrenzte Zahl an Ausführungsformen beschrieben worden ist, viele Veränderungen, Modifikationen oder andere Anwendungen der Erfindung ausgeführt werden können.

Claims

1. System, enthaltend eine lineare Reihe von Lichtabstrahlbereichen (10) innerhalb einer ebenen Fläche (11), eine Aufzeichnungsfläche (12) und ein optisches Abbildungssystem zum Projezieren des abgestrahlten Lichts auf die Aufzeichnungsoberfläche,

wobei jeder Abstrahlbereich eine lange Achse, die im Wesentlichen colinear zu der Reihenmittellinie (24) verläuft, sowie eine kurze Achse aufweist, die senkrecht zu der langen Achse verläuft, und wobei die Dimensionen jedes Bereiches entlang der kurzen Achse im Wesentlichen kleiner sind als die Dimension entlang der langen Achse und

wobei das optische Abbildungssystem besteht aus:

einer zylindrischen Linse (16), die so angeordnet ist, dass ihre Brennlinie (22) im Wesentlichen parallel zu der Reihenmittellinie (24) verläuft, und die zur Verringerung der Divergenz des abgestrahlten Lichtes in Richtung der kurzen Achse vorgesehen ist, und

einer nichtanamorphotischen Abbildungslinsenanordnung (18), die zwischen der zylindrischen Linse (16) und der Aufzeichnungsfläche (12) angeordnet ist, wobei die zylindrische Linse (16) und jedes optische Element der Linsenanordnung (18) angeordnet ist, um Licht von allen Lichtabstrahlbereichen (10) zu empfangen, wobei die zylindrische Linse (16) und die Abbildungslinsenanordnung (18) zusammenwirken, um ein Bild der Reihe auf der Aufzeichnungsfläche (12) zu erzeugen, wobei das Bild aus einer linearen Reihe von Lichtpunkten besteht, wobei jeder Lichtpunkt einem besonderen Lichtabstrahlbereich (10) entspricht, wobei das Bild jedes Lichtabstrahlbereiches in Richtung der kurzen Achse infolge der Defocusierung an der Aufzeichnungsfläche gestreut wird.

2. System nach Anspruch 1, bei dem die lineare Reihe an Lichtabstrahlbereichen (10) einzeln adressierbare Lesediodenreihen sind.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, weiterhin enthaltend Mittel (14), um eine Abtastrelativbewegung zwischen der linearen Reihe an Lichtabstrahlbereichen und der Aufzeichnungsoberfläche entlang einer Abtastrichtung zu erzeugen.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Abbildungslinsenanordnung (18) eine telezentrische Gestaltung aufweist.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die lineare Reihe an Lichtpunkten eine Bildmittellinie aufweist, die die Lichtpunkte halbiert, und bei dem das Bild im Brennpunkt in einer Richtung parallel zur Bildmittellinie ist und in eine Richtung senkrecht zur Bildmittellinie gestreut ist.

6. System nach Anspruch 5, bei dem die Abmessung jedes der Lichtpunkte in einer Richtung senkrecht zur Bildmittellinie gleich der Abmessung des Lichtpunktes in einer Richtung parallel zur Bildmittellinie ist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die zylindrische Linsenanordnung (16) ein einzelnes Element aufweist, welches eine Lichtleitfaser ist.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die zylindrische Linsenanordnung (16) ein wahres Bild der Reihenmittellinie (24) erzeugt.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die zylindrische Linsenanordnung (16) ein virtuelles Bild der Reihenmittellinie (24) erzeugt.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die vordere Brennlinie (22) der zylindrischen Linsenanordnung (16) mit der Reihenmittellinie (24) zusammenfällt.

11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem keine weiteren Linsen enthalten sind.

12. System nach Anspruch 11, das dazu in der Lage ist, das Bild in jedem gewünschten anamorphotischen Verhältnis zu erzeugen.

13. System nach Anspruch 3, bei dem ein Bild der Reihenmittellinie (24), wie es auf die Aufzeichnungsoberfläche projeziert ist, einen Winkel mit der Abtastrichtung bildet, der von 90º unterschiedlich ist.

14. Verfahren zum Projezieren des Lichtes, welches von einer linearen Reihe von Lichtabstrahlbereichen (10) innerhalb einer ebenen Fläche (11) auf eine Aufzeichnungsfläche (12) abgestrahlt wird, wobei die Reihe eine Reihenmittellinie (24) aufweist, wobei jeder Bereich eine lange Achse, die im Wesentlichen colinear zu der Reihenmittellinie verläuft und eine kurze Achse aufweist, die senkrecht zu der langen Achse verläuft, und wobei die Abmessungen jedes Bereichs entlang der kurzen Achse im Wesentlichen kleiner sind als die Abmessungen entlang der langen Achse, wobei das Verfahren das Bereitstellen eines optischen Bildsystems enthält, das besteht aus:

einer zylindrischen Linse (16), die so angeordnet ist, dass ihre Brennlinie (22) im Wesentlichen parallel zur Reihenmittellinie (24) verläuft, und die zur Verringerung der Divergenz des abgestrahlten Lichtes in Richtung der kurzen Achse vorgesehen ist, und

eine nichtanamorphotische Abbildungslinsenanordnung (18), die zwischen der zylindrischen Linse (16) und der Aufzeichnungsfläche (12) angeordnet ist, wobei die zylindrische Linse (16) und jedes optische Element der Linsenanordnung (18) angeordnet ist, um Licht aus allen Lichtabstrahlbereichen (10) zu empfangen,

wobei die zylindrische Linse (16) und die Abbildungslinsenanordnung (18) zusammenwirken, um ein Bild der Reihe auf der Aufzeichnungsoberfläche (12) zu erzeugen, wobei das Bild aus einer linearen Reihe von Lichtpunkten besteht, wobei jeder Lichtpunkt einem besonderen Lichtabstrahlbereich (10) entspricht und wobei das Bild jedes Lichtabstrahlbereichs in Richtung der kurzen Achse infolge der Defocusierung auf der Aufzeichnungsoberfläche gestreut wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Bild in Richtung parallel zu der Reihenmittellinie scharf eingestellt ist und in eine zweite Richtung, die senkrecht zur ersten Richtung verläuft, streut.

16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die zylindrische Linsenanordnung (16) ein wahres Bild der Reihenmittellinie (24) erzeugt.

17. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die zylindrische Linsenanordnung (16) ein virtuelles Bild der Reihenmittellinie (24) erzeugt.