DE102008022881A1 - Zweidimensionale Anordnung von einzeln ansteuerbaren VCSEL-Ermittern - Google Patents

Zweidimensionale Anordnung von einzeln ansteuerbaren VCSEL-Ermittern Download PDF

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Abstract

Eine erfindungsgemäße, zweidimensionale Anordnung von einzeln ansteuerbaren VCSEL-Emittern, welche der Bebilderung von Druckformen dienen, wobei die Anordnung (1) um eine - senkrecht zur Ebene der Anordnung stehende - Achse um einen Drehwinkel (alpha) relativ zu einer - parallel zur lateralen Richtung der Druckformen verlaufenden - Projektionslinie (L) gedreht ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Positionen der einzelnen VCSEL-Emitter (2) auf einem im Wesentlichen hexagonalen Raster liegen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine zweidimensionale Anordnung von einzeln ansteuerbaren VCSEL-Emittern mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Bebilderungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 5.
  • In der grafischen Industrie ist der Einsatz von Laser beispielsweise bei der Bebilderung und daher in Bebilderungseinrichtungen wie z. B. so genannten DI-Druckmaschinen (Direct Imaging) oder Plattenbelichtem bekannt.
  • Die EP 1 241 013 B1 offenbart eine Einrichtung zur Bebilderung einer Druckform mit einer kartesischen Anordnung von Laser, welche als einzeln ansteuerbare VCSEL-Emitter (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) ausgebildet sind.
  • Aus der DE 103 38 015 A1 ist ein Druckverfahren bekannt, wobei ebenfalls eine kartesische Anordnung von einzeln ansteuerbaren VCSEL-Emittern zum Einsatz kommt. Die Anordnung wird um einen Winkel α gedreht, so dass die auf eine Linie projizierten Belichtungspunkte die Erzeugung einer kontinuierlichen Belichtungslinie ermöglichen.
  • Die JP 2007-293016 A beschreibt ebenfalls eine kartesische VCSEL-Anordnung.
  • Bei der Herstellung und Verwendung von Hochleistungs-VCSEL-Anordnungen ist es auf der einen Seite notwendig, den Abstand eines VCSEL-Emitters zu seinem Nachbarn so groß wie möglich zu gestalten, um den Einfluss so genannter „Crosstalk-Effekte” gering zu halten. Auf der anderen Seite ist es jedoch auch notwendig, die vorhandene Fläche optimal auszunutzen, um aus einem so genannten „Wafer” möglichst viele VCSEL-Anordnungen herstellen zu können. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Emitter-Anordnung zu schaffen, welche beiden Anforderungen genügt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen.
  • Eine erfindungsgemäße zweidimensionale Anordnung von einzeln ansteuerbaren VCSEL-Emittern, welche der Bebilderung von Druckformen dienen, wobei die Anordnung um eine – senkrecht zur Ebene der Anordnung stehende – Achse um einen Drehwinkel relativ zu einer – parallel zur lateralen Richtung der Druckformen verlaufenden – Projektionslinie gedreht ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Positionen der einzelnen VCSEL-Emitter auf einem im Wesentlichen hexagonalen Raster liegen. Die erfindungsgemäße Anordnung genügt in vorteilhafter Weise beiden gestellten Anforderungen: sowohl der Vergrößerung des Emitter-Abstands, als auch der optimalen Ausnutzung der Fläche.
  • Eine aufgrund der erreichbaren Auflösung von etwa 600 dpi vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung kann sich dadurch auszeichnen, dass der Abstand benachbarter Emitter und der Drehwinkel derart gewählt sind, dass der Abstand auf die Projektionslinie projizierter, benachbarter Belichtungspunkte, d. h. der Abstand deren Zentren, etwa 40 μm beträgt.
  • Eine weitere aufgrund der erreichbaren Auflösung von etwa 600 dpi vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung kann sich dadurch auszeichnen, dass der Abstand benachbarter Emitter etwa 378 μm beträgt.
  • Eine weitere aufgrund der erreichbaren Auflösung von etwa 600 dpi vorteilhafte und daher bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung kann sich dadurch auszeichnen, dass der Drehwinkel etwa 12,2° beträgt.
  • Eine erfindungsgemäße Bebilderungseinrichtung zur Bebilderungen von Druckformen zeichnet sich durch wenigstens eine – wie in dieser Anmeldung mit Bezug zur Erfindung beschriebene oder gezeigte – Anordnung aus.
  • Die Erfindung als solche sowie konstruktiv und/oder funktionell vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen anhand wenigstens eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den Zeichnungen sind einander entsprechende Elemente mit jeweils denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Zeichnungen zeigen:
  • 1 Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung (vor einer Drehung);
  • 2a, 2b Schematische Ausschnitts-Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung (nach einer Drehung; und
  • 3a, 3b Schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen zweidimensionalen, nicht-kartesischen, bevorzugt im Wesentlichen hexagonalen Anordnung 1 einzeln ansteuerbarer VCSEL-Emitter 2 (vor einer Drehung) bzw. eine solche Vorrichtung. Eine solche Anordnung dient beispielsweise der Bebilderung von Druckformen (Druckplatten, – folien oder Zylinderoberflächen). Die zu bebildernde Druckform wird dabei z. B. auf einen Zylinder aufgespannt und in Rotation versetzt. Die Emitter-Anordnung wird benachbart zur rotierenden Druckform angeordnet und entweder parallel zur Rotationsachse bewegt oder seitenbreit ausgeführt, so dass zum seitenbreiten Bildern keine laterale Bewegung notwendig ist. Die im Folgenden verwendeten X- und Y-Richtungen entsprechen der lateralen Richtung bzw. der Umfangsrichtung der rotierenden Druckform.
  • In 1 sind zudem die Abstände R eingezeichnet. Der jeweilige Abstand R zwischen zwei benachbarten Emitter 2 beträgt etwa 378 μm. Die Anordnung 1 umfasst eine bevorzugte Anzahl von 256 Emittern in 32 Spalten (X-Richtung) und 8 Zeilen (Y-Richtung). Beispielhaft seien die Emitter (1,1), (1,8), (32,1) und (32,8) erwähnt.
  • In 2a sind die ersten vier ungeraden Spalten der erfindungsgemäßen Emitter-Anordnung 1 (nach einer Drehung) gezeigt. Benachbarte Emitter 2 einer gedrehten Spalte weisen wiederum einen Abstand R auf. Die Anordnung 1 ist um einen Winkel α gedreht, so dass die auf die Linie L projizierten Emitter 2 einen Abstand A aufweisen. Die Linie L entspricht dabei einer zu bebildernden, lateral (in X-Richtung) verlaufenden Linie auf der Druckform, welche sich vor der Emitter-Anordnung 1 in Umfangsrichtung bzw. Y-Richtung entlang bewegt.
  • In 2b sind die Spalten 1 bis 14 gezeigt. Durch die Überlagerung der Projektionen von geraden und ungeraden Spalten wird der Abstand A' benachbarter projizierter Emitter 2 gegenüber dem Abstand A in 2a halbiert.
  • Mit der erfindungsgemäßen Emitter-Anordnung 1 ist es möglich, 250 Linien pro Zentimeter zu schreiben. Dies entspricht etwa der im Digitaldruck üblichen Auflösung von 600 dpi. Hierzu werden die Emitter 2 allerdings nicht wie im Stand der Technik üblich auf einem kartesischen, sondern auf einem nicht-kartesischen und bevorzugt im Wesentlichen hexagonalen Raster angeordnet. Das Raster wird hierzu um einen bestimmten Winkel α (im Uhrzeigersinn oder alternativ gegen den Uhrzeigersinn) gedreht, so dass die Projektionen benachbarter Emitter 2 auf eine Linie L einen Abstand von 40 μm zueinander haben (um exakt 600 dpi zu erreichen, wäre ein Raster von 42,3 μm erforderlich). Um mit den Emitter 2 eine kontinuierliche Linie L schreiben bzw. bebildern zu können, erzeugen die Emitter 2 ihrerseits einen jeweiligen Bebilderungspunkt von etwa 40 μm Durchmesser auf der Linie L.
  • Man kann die erfindungsgemäße Anordnung 1 auch als zwei ineinander verschachtelte Anordnungen sehen, wobei die erste Anordnung (Spalten 1, 3, 5, etc.) die X-Positionen 0, 80 μm, 160 μm, 240 μm, etc. und die zweite Anordnung (Spalten 2, 4, 6, etc.) die X-Positionen 40 μm, 120 μm, 200 μm etc. beschreibt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Anordnung muss der letzte Emitter 2 der ersten Spalte (1,8) eine X-Position im Abstand von 80 μm neben dem ersten Emitter 2 der dritten Spalte (3,1) einnehmen, bzw. der nicht vorhandene Emitter (1,9) liegt auf der gleichen X-Position wie der Emitter (3-1) (vgl. 2a). Die fehlende 40 μm-Position dazwischen wird von dem Emitter (2,5) der zweiten Spalte ausgefüllt (vgl. 2b).
  • Mit R als Abstand zwischen den Emitter einer Spalte und α als Drehwinkel der Emitter-Anordnung um den Emitter (1,1) gilt: 8*R*sin(α) [2·R·sin(60°)]·sin(90° + α). Mit sin(90° + α)cos(α) und Umstellung der Gleichung nach α erhält man sin(α)/cos(α) = (2·R·sin(60°))/(8·R) also tan(α) = (1/4)·sin(600) bzw. α = 12,2163°, somit etwa 12,2°. Mit R·sin(α) = 80 μm erhält man R = 378,067 μm, somit etwa 378 μm. Im Vergleich: Bei einer kartesischen Anordnung und gegebenen 40 μm-Raster würde sich ein geringerer Emitter-Abstand von nur etwa 320 μm und damit zu erwartende stärkere so genannte „Crosstalk-Effekte” ergeben.
  • Die Positionen (X, Y) der einzelnen Emitter 2 der Anordnung 1 nach der Drehung bei gegebenem Drehwinkel α von etwa 12,2° sind somit berechenbar und im Folgenden beispielhaft für die Spalten 1–4 und 29–32 angegeben (Einheit: μm): X-Position vor dem Drehen
    Figure 00050001
    V-Position vor dem Drehen
    Figure 00050002
    X-Position nach dem Drehen
    Figure 00060001
    V-Position nach dem Drehen
    Figure 00060002
  • Die auf diese Weise berechneten X-Positionen der Emitter 2 nach den Drehen sind in der folgenden Tabelle sortiert vom kleinsten bis zum größten X-Wert (Einheit: μm) und beispielhaft für die ersten und letzten 15 Werte aufgelistet. Beispiel: Der Emitter (1,1) an der unveränderten X-Position 0 besetzt den elften Platz in der Liste und dient der Erzeugung des siebten Linienpunkts, da die ersten vier Emitter der Liste nicht der Erzeugung von Linienpunkten dienen. Sortierung der X-Position der Emitter nach dem Drehen
    X-Position Spalte Reihe Linienpunkt
    1 –560 1 8 x
    2 –480 1 7 x
    3 –400 1 6 x
    4 –320 1 5 x
    5 –240 1 4 1
    6 –200 2 8 2
    7 –160 1 3 3
    8 –120 2 7 4
    9 –80 1 2 5
    10 –40 2 6 6
    11 0 1 1 7
    12 40 2 5 8
    13 80 3 8 9
    14 120 2 4 10
    15 160 3 7 11
    242 9240 30 2 238
    243 9280 31 5 239
    244 9320 30 1 240
    245 9360 31 4 241
    246 9400 32 8 242
    247 9440 31 3 243
    248 9480 32 7 244
    249 9520 31 2 245
    250 9560 32 6 246
    251 9600 31 1 247
    252 9640 32 5 248
    253 9720 32 4 x
    254 9800 32 3 x
    255 9880 32 2 x
    256 9960 32 1 x
  • Die Y-Positionen der Emitter 2 nach der Drehung korrespondieren mit dem jeweiligen Zeitpunkt, zu dem ein Emitter 2 eingeschaltet werden muss, um zusammen mit seinen Nachbar-Emittern eine geschlossene Linie L zu schreiben. Die Y-Werte sind in der folgenden Tabelle sortiert vom kleinsten bis zum größten Y-Wert (Einheit: um) und beispielhaft für die ersten und letzten 15 Werte aufgelistet. Da einige Emitter gleiche V-Positionen einnehmen, sind in der Summe nur 176 Y-Positionen aufgelistet. Beispiel: Emitter (4,2) kommt auf einer Y-Position bei etwa 393 μm zu liegen und muss – um mit den anderen Emittern eine geschlossene Linie schreiben zu können – als zehnter Emitter aktiviert werden. Sortierung der Y-Position der Emitter nach der Drehung
    V-Position Spalte Reihe
    1 –115 2 1
    2 0 1 1
    3 23 4 1
    4 139 3 1
    5 162 6 1
    6 254 2 2
    7 277 5 1
    8 300 8 1
    9 370 1 2
    10 393 4 2
    11 416 7 1
    12 439 10 1
    13 508 3 2
    14 531 6 2
    15 554 9 1
    162 3995 24 8
    163 4018 27 7
    164 4041 30 7
    165 4111 23 8
    166 4134 26 8
    167 4157 29 7
    168 4180 32 7
    169 4249 25 8
    170 4272 28 8
    171 4296 31 7
    172 4388 27 8
    173 4411 30 8
    174 4526 29 8
    175 4550 32 8
    176 4665 31 8
  • Die Daten zur Ansteuerung der Emitter 2 müssen so aufbereitet werden, dass jeder Emitter 2 zum Richtigen Zeitpunkt die richtigen Daten erhält. Da die Unterschiede der V-Position kleiner als ein 40 μm-Pixel sind, muss ein Bebilderungstakt vorhanden sein, der kleiner als der Pixeltakt ist. Der mindestens notwendige Takt ergibt sich aus den Differenzen der V-Positionen der Emitter 2 nach der Drehung.
  • Zum Beschreiben einer geschlossenen Fläche mit 32 × 8 erfindungsgemäß und bevorzugt im Wesentlichen hexagonal angeordneten VCSEL-Emittern 2 ist ein Winkel von α etwa 12,2° notwendig. Um eine andere Auflösung zu erreichen, muss der Abstand der Emitter 2 entsprechend der Formel R·sin(α) = 2*Raster neu berechnet werden. Es ist auch eine andere Anzahl von Emitter 2 möglich, wobei die Anzahl der Zeilen den Drehwinkel α bestimmen: α = arctan((2/Z)·sin(60)) mit Z = Anzahl der Zeilen.
  • Die 3a und 3b zeigen eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Die Emitter-Anordnung 1 wird bereits bei der Herstellung auf dem so genannten „Wafer” gedreht, so dass eine mechanische Drehung der hergestellten so genannten „Chips” in vorteilhafter Weise vermieden werden kann. Um dabei die vorhandene Fläche des Wafers bzw. des daraus erhaltenen Chips optimal zu nutzen, werden die Emitter 2 bereits bei der Herstellung auf dem Wafer neu angeordnet: alle Emitter 2, die nach der Drehung unter dem Emitter (1,1) und somit unter der Nulllinie liegen, werden an eine so genannte „Schwesterposition” oberhalb der Nulllinie versetzt. So wird z. B. der Emitter (3,1) an die Position (1,9) versetzt. 3b zeigt die erfindungsgemäße Emitter-Anordnung nach einer solchen Umsortierung.
  • Darüber hinaus können fehlende Emitter 2 am linken und rechten Rand aufgefüllt werden, wodurch sich jedoch die Gesamtzahl der Emitter 2 erhöhen würde. Um dies zu vermeiden können die Emitter 2 auch auf der einen Seite entfernen und auf der anderen Seite hinzugefügt werden.
  • Die Anordnung gemäß 3b ist besonders vorteilhaft, da der mittlere Abstand der einzelnen Emitter 2 bei gegebenem, zu bebilderndem Raster (im Ausführungsbeispiel: 40 μm) größer als bei kartesischer Anordnung und dadurch der störende, so genannte „Crosstalk” verringert ist. Zudem ist die die zur Verfügung stehende Oberfläche des Wafers bzw. Chips optimal ausgenutzt.
  • Die Anzahl der Emitter 2 im Ausführungsbeispiel von 32 × 8 = 256 (= 28) ist eine für die Elektronik und Software günstige Größe. Die Fläche, die die erfindungsgemäße Anordnung 1 von 32 × 8 VCSEL-Emittern 2 benötigt ist mit ca. 10 mm auf 3 mm in einer ähnlichen Größenordnung wie die von heutigen Kantenemittern. Es kann daher in vorteilhafter Weise auf solche Justage- und Greifwerkzeuge zurückgegriffen werden, die schon für die Verarbeitung von Kantenemittern vorhanden sind.
  • Durch die gegenüber einer entsprechenden kartesischen Anordnung vergrößerten Abstände zwischen den erfindungsgemäß und bevorzugt im Wesentlichen hexagonal angeordneten Emittern 2 ist es zudem einfacher, die für die Einzelansteuerung zwischen den Emittern 2 notwendigen Leiterbahnen durchzuführen.
  • In dem in 2b gezeigten Ausführungsbeispiel können insgesamt acht Emitter – vier am linken und vier am rechten Rand – nicht für die Bebilderung benutzt werden, sofern nur eine erfindungsgemäße Emitter-Anordnung 1 zur Bebilderung benutzt wird. Es können jedoch – z. B. um eine abschnittsbreite oder seitenbreite Bebilderung zu ermöglichen – mehrere erfindungsgemäße Emitter-Anordnungen 1 nebeneinander (lateral versetzt) angeordnet werden. Dann können fehlende Rand-Emitter einer Anordnung durch Rand-Emitter der benachbarten Anordnung aufgefüllt werden.
  • Die Emitter-Anordnung 1 kann zusätzlich mit einer Optik versehen werden, um die Bebilderungspunkte exakt auf die zu bebildernde Fläche abzubilden.
    • 1
    Emitter-Anordnung
    2
    Emitter
    A
    Abstand
    A'
    Abstand
    α
    Drehwinkel
    L
    Projektions-Linie
    R
    Abstand der Emitter
    X
    Richtung
    Y
    Richtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1241013 B [0003]
    • - DE 10338015 A1 [0004]
    • - JP 2007-293016 A [0005]

Claims (5)

  1. Zweidimensionale Anordnung von einzeln ansteuerbaren VCSEL-Emittern, welche der Bebilderung von Druckformen dienen, wobei die Anordnung (1) um eine – senkrecht zur Ebene der Anordnung stehende – Achse um einen Drehwinkel (α) relativ zu einer – parallel zur lateralen Richtung der Druckformen verlaufenden – Projektionslinie (L) gedreht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen der einzelnen VCSEL-Emitter (2) auf einem im Wesentlichen hexagonalen Raster liegen.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand benachbarter Emitter (2) und der Drehwinkel (α) derart gewählt sind, dass der Abstand (A') auf die Projektionslinie (L) projizierter, benachbarter Belichtungspunkte, d. h. der Abstand deren Zentren, etwa 40 μm beträgt.
  3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (R) benachbarter Emitter (2) etwa 378 μm beträgt.
  4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel (α) etwa 12,2° beträgt.
  5. Bebilderungseinrichtung zur Bebilderungen von Druckformen mit wenigsten einer Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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