光調節設備的製作方法
2023-07-06 19:56:31 1
專利名稱：光調節設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1所述的光照明設備。
背景技術：
通常的光照明設備包括一適用於照明一光敏材料的裝置。這樣的材料可以包括例如印刷板、適合於快速原形(rapid prototyping)的材料、膠捲等。照明的目的是為了獲得該照明材料特性的某些改變。這樣的照明因此可以例如在該照明材料或一特定構造上建立影像。
為了獲得所需要的照明，必須調節光。調節傳送到光照表面的光的一現有技術方法是運用一個或多個在光照表面上進行掃描時能進行調節的光束雷射。
照明一光照表面的另一種更新的方法是運用一所謂的空間光調節器。這樣的調節器的示例可以是DMD、LCD等等。所述空間光調節器適用於將一輸入光束調節為許多單獨的已調節光束。
該現有技術的一個問題是，結合採用的光調節器的性質與一些應用中的所需能量和照明速度，可獲得的照明速度受到一些限制。
發明內容
本發明涉及一種包括至少一曝光頭和至少兩個光調節設備的光照明設備。
所述兩個光調節裝置的每一個各包括一個空間光調節器和一通過所述空間光調節器用於照明一光照表面而布置的聯合光發射器。
所述兩個光調節裝置的每一個均為數字控制。
所述設備包括在所述至少一曝光頭和所述光照表面之間沿至少一個方向進行相對運動的裝置。
根據本發明已經實現，一可動曝光頭可以有利地包括兩個空間光調節器，由此便於在同一時間利用兩個調節器進行掃描。
在本發明的一實施例中，所述光照明設備包括至少一曝光頭和至少兩個光調節裝置。
所述兩光調節裝置的每一個各包括一個空間光調節器和一通過所述空間光調節器用於照明一光照表面而布置的聯合光發射器。
所述兩個光調節裝置的每一個均為數字控制。
所述設備包括在所述至少一曝光頭和所述光照表面之間沿至少一個方向進行相對運動的裝置。
在本發明的一實施例中，所述至少兩個光調節裝置布置在同一曝光頭上。
在本發明的一實施例中，所述相對運動為一掃描運動。
在本發明的一實施例中，通過相對於所述光照表面移動所述至少一個曝光頭來實現所述相對運動。
在本發明的一實施例中，通過相對於所述至少一個曝光頭移動所述光照表面來實現所述相對運動。
在本發明的一實施例中，至少一個曝光頭包括兩光調節裝置。因此，通過在一個曝光頭上設置兩個空間光調節裝置的方式建立了一有成本效益的照明光照表面的方法，從而獲得了以相對高速掃描運動照明所述光照表面的照明裝置。在上下文中注意的是，當所述運動裝置的重量增加時，操作一曝光頭可能有一定難度。
在本發明的一實施例中，通過相對於所述至少一個曝光頭移動所述光照表面來實現所述相對運動。
在本發明的一實施例中，至少一個曝光頭包括兩光調節裝置。
在本發明的一實施例中，所述光調節裝置布置在至少兩個不同的曝光頭上，其中，所述曝光頭在所述光照表面上進行掃描運動。當運用兩個或更多的自由運行掃描曝光頭時，對所述光照表面的照明可以謹慎地最優化，從而避免了所謂的「額外掃描」。原則上講，由於所述曝光頭進行的掃描可以適應以避免在所運用的曝光頭之間的任何衝突的運動，因此，可以避免任何多餘的掃描或至少使其最小化。由於這樣的掃描運動確保一高速照明，而所述自由運行頭確保了如上所述的光照表面的照明最優化，因此，多個自由運行曝光頭通過掃描來照明一光照表面在效率上是相當有優勢的。
根據上述自由運行曝光頭的又一個實施例，其數量可以超過兩個，例如總數為三個或更多。而且，每個曝光頭可以例如包括兩個或更多的例如圖2所描述的類型的照明裝置。
當布置所述空間光調節器以照明兩個大體上分開的所述光照表面的子區域時，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述空間光調節裝置對正使得兩個光調節器的行平行定向時，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述空間光調節裝置對正使得所述兩空間光調節器的相鄰行大體上定位，以使得所述兩空間光調節器的兩相鄰行之間的距離(DN)大體上與單一光調整器的行之間的距離(DR)相同，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述兩空間光調節器中心之間的距離的「x向投影」(D1)小於200毫米，優選小於150毫米，更優選大致為120毫米時，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述兩空間光調節器中心之間的距離的「y向投影」(D2)小於50毫米，優選小於35毫米，更優選是運用SXGA和XGA時大體上相應為25.6毫米或20.5毫米時，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述兩空間光調節器中心之間的距離小於121.73毫米(XGA)或122.70(SXGA)時，就得到本發明的一個有利實施例。
根據本發明可以認識到，所述光調節裝置相當近的定位便於提高全面掃描的速度從而使有效掃描區域最優化。因此距離最小化的結果是，在掃描線的末端，所述曝光頭的兩空間光調節器儘可能長地維持有效。
當所述曝光頭包括冷卻裝置時，就得到本發明的一個有利實施例。
冷卻裝置可以例如包括電驅動風扇。
當每個空間光調節裝置各包括獨立的冷卻裝置時，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述大體上分離的子區域包括所述光照表面的鄰接表面時，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述至少一個方向大體上橫向於所述光照表面的相對運動時，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述至少一個方向確立為利用所述空間光調節器至少兩個光調節器照明所述光照表面上的一個受照像素，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述至少一個方向確立為利用所述空間光調節器至少一個調節器行照明所述光照表面上的一個受照像素，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述曝光頭相對所述光照表面沿至少兩個方向可動，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述光發射器包括一光源，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述光發射器包括連接到一光源的一光導之至少一個光發射端，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述光發射器包括一燈泡，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述光發射器包括一LED矩陣，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述空間光調節器包括一DMD晶片，就得到本發明的一個有利實施例。
所述照明裝置的空間光調節陣列可以是一可傳送的微機械快門陣列(transmissive micro-mechanical shutter array)，其在WO98 47048和WO9847042中得到公開並在此作為參考。
另一類型的空間調節器可以是DMD調節器或例如是LCD光調節器。
當所述空間光調節器包括一微機械可傳送光調節器(micro-mechanical transmissive light modulator)，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述光照表面包括一印刷板，就得到本發明的一個有利實施例。
當所述光照表面包括一光敏材料，例如環氧樹脂，就得到本發明的一個有利實施例。還可以採用在本發明範圍內的其它光敏材料，例如，絲網印刷用的感光乳劑、PCB感光乳劑，等等。
根據本發明，所述照明裝置可以適用於所謂的快速原形(rapidprototyping)。
而且，本發明涉及一種照明一光照表面的方法，藉此，在至少一個曝光頭上布置至少兩個光調節裝置，每一個各包括一利用掃描運動照明所述光照表面的空間光調節器。
在本發明一實施例中，所述至少兩光調節裝置布置在同一曝光頭上。
在本發明一實施例中，所述至少兩光調節裝置布置在不同的自由運行曝光頭上。
在本發明一實施例中，利用根據權利要求1-31中任何一項所述的一光照明設備進行所述照明。
以下將參照附圖對發明進行描述，其中，圖1示出根據本發明一優選實施例的曝光系統的視圖；圖2示出根據本發明一優選實施例的照明裝置的剖視圖；圖3a示出了一曝光頭相對一光照表面的一種掃描模式；以及圖3b示出了一曝光頭相對一光照表面的另一種掃描模式；圖4a示出了在所述曝光頭上的照明裝置的一有利定位；以及圖4b-4c示出了本發明的進一步實施例。
具體實施例圖1示出了根據本發明一優選實施例的曝光系統的一些主要元件的視圖。
圖示的系統包括一具有兩個用於照明一光照表面15的照明裝置20的曝光頭12。所述曝光頭12懸掛在一懸架(未示出)上。所述懸架在適用的電子線路(未示出)的控制下輔助按箭頭方向的運動。
為了說明目的，通過布置在照明裝置20上的空間光調節器(例如DMD晶片)進行照明的兩照明區域I1、I2在光照表面上指明。舉例來說，如果使用TI DMD晶片，所述照明區域I1，I2可以包括例如1024×768(XGA)像素或者1280×1024像素(SXGA)。如果採用掃描運動，經調整的像素將會從行到行(或列到列)動態地轉換，從而採用若干個像素(例如空間光調節器的一整行)來照明所述光照表面上的單個像素。因此，對單一像素傳送的光學能量增大。
根據圖解的實施例，所述曝光頭在X方向上移動，所述光照表面15在Y方向上步進式移動。
顯然，在本發明的範圍內也可以採用其它相對移動方式。本發明另一有利的實施例可以是，例如，所述曝光頭12在X向和Y向雙向相對移動而所述光照表面保持靜止。
所述照明裝置的空間光調節陣列可以是一可傳送的微機械快門陣列(transmissive micro-mechanical shutter array)，其在WO98 47048和WO9847042中得到公開並在此作為參考。
空間調節器的另一類型可以是DMD調節器。
圖2示出了圖1中所述光調節裝置20之一的優選實施例。所述裝置20的第一部分21產生一集中和均勻的光束。第一部分21包括一燈泡210、一燈泡驅動器211、一鼓風機216和一風扇217、一防護玻璃212、一快門213、一光匯集杆214和光束成形光學裝置215。
所述燈泡210的類型取決於將要曝光的板的類型。可能的類型包括常規的短弧燈泡、雷射源、二極體陣列和更多。一優選的常規燈泡可以具有270W的功率，但是本發明不受該值的限定，也不受上述燈泡類型的限定。可以考慮如250W和350W的替換物。
來自所述燈泡210的光束穿過一濾光器(取決於應用場合可以是例如IR或UV濾光器)212，其功能為幹涉濾光器，並穿過一快門機械裝置213，其能關閉所述光束而不需要關閉所述燈泡。由於多數類型的燈泡在它們的光強度和光頻率穩定之前均需要時間，因此這是重要的。鼓風機216和風扇217確保所述燈泡210的冷卻。
接著，所述光束穿過一光匯集杆214。籍此，所述光混合，使得所述光在整個光束中強度一致。這確保了光束外圍的強度與光束中心的強度一致。當所述光離開所述光匯集杆214，由光束成形光學裝置215對其進行聚焦。
所述裝置20的下一部分調節所述光束來電子反射存儲的圖像數據。其包括一光調節裝置22和一個把未調節的光束引導到所述光調節裝置22而不幹擾其已調節光束的輸出的裝置224。
合適的光調節裝置22包括DMD調節器、包含LCD和微機械快門的可傳送的快門和其它。對圖2中的優選實施例而言，使用了安裝在PCB221上的DMD光調製晶片220和冷卻板222以及溫度傳感器223。
所述光引導裝置224取決於所使用的光調節裝置22的類型。對可傳送的光調節裝置而言，未調節的光束被導向所述光調節裝置的一側，而已調節的光束從另一側射出。在這種裝置中，可以不使用所述光引導裝置224。
對DMD調節器而言，未調節的光束被導向與發射已調節光束相同的一點。這種情況需要使用光引導裝置224。在圖2的優選實施例中，一TIR稜鏡作為光引導裝置使用。TIR是「Total Internal Reflection」(全內反射)的縮寫。TIR稜鏡具有一表面225，該表面對來自一個方向的光(對本具體實施例而言是從左邊)充當鏡子的作用，而讓來自另一方向的光(對本具體實施例而言是從上邊)筆直穿過。
所述裝置的最終部分聚焦從所述光調節裝置220中射出的多個已調節光束於一光照表面24(印刷板)。該部分包括一組透鏡/一位於外殼23內的微距鏡230。
圖3a示出了有關照明的曝光頭掃描模式。
通過本發明的光照明裝置，例如圖2所描述的照明裝置，獲得的圖示掃描模式涉及一曝光頭30a的兩照明裝置31、32進行相對一光照表面的相對移動。兩照明裝置31、32設置在同一個曝光頭30a上。
圖示的其中一個照明裝置31照明子區域SUB1，另一個照明裝置32照明子區域SUB2。
應當注意的是所述曝光頭30a通過已調節光在兩個方向上照明所述光照表面，包括在如水平箭頭所示的掃描運動和如豎直箭頭所示的以步階301在每個掃描運動之間的移動。
在這裡，所述y軸運動是由兩光照明裝置一起以對應於整個橫向掃描寬度的步階方式進行。
圖3b示出了關於光照表面的曝光頭30b的另一個的掃描模式。
根據本發明圖示的實施例，一曝光頭30b包括兩個空間光調節器31、32(未示出帶有空間調節器的照明裝置)。所應用的照明裝置31、32兩者均可以是如圖2中所示的照明裝置。根據圖示的實施例，設置僅在Y方向上位移的兩個空間光調節器31、32(或者圖1中的對應光照表面I1、I2)。
所述曝光頭30b進行X方向上的前後掃描運動。而且，所述光照表面或所述曝光頭進行主要包括兩個不同步階(小步階302和大步階303)的在Y方向上的相對運動。
根據圖示的實施例，通過進行所述小步階302照明八個子區域SUB1和八個子區域SUB2。其後，進行一大步階303，通過進一步進行小步階302照明新的一組子區域SUB1和SUB2。
應當強調的是一些其它的掃描方法(模式)可以在本發明的範圍中應用。
圖4a說明了在例如圖3a中所述曝光頭上的所述照明裝置(這裡＝光學裝置)的一具有優勢的定位。所述照明裝置20，例如可以是圖2中說明的一個，用虛線示出。
所述光學裝置的尺寸對機器的生產率和成本而言是相當重要的。所述曝光頭的兩個照明裝置20布置的位置使可獲得的照明區域在y軸(不要與掃描和調節器的軸線混淆)的方向相鄰。這意味著，在x軸方向上所述光學裝置之間存在中心距，參見圖4a。
所述裝置之間在x軸方向上的相互距離意味著，需要比實際的板長度更長的曝光以使得所述兩曝光頭經過整個板(光照表面)。這種多餘的「額外掃描」是中心距D1的兩倍。該額外掃描降低了生產率，並且增加了x向位移從而增加了機器的寬度。因此所述中心距必須儘可能的小。例如，一種最小距離的示例可以是中心距，x軸D1＝120mm中心距，y軸D2＝(XGA)20.48±0.002mm和D2(SXGA)＝25.6±0.002mm該下限值通過光學裝置和例如圖2中的微距鏡230的進一步照明裝置元件確定。一固定裝置(未示出)允許單獨調整所述光學裝置的照明面，即在x軸和y軸的調整和繞z軸的旋轉。這意味著，圖像必須精確平行於所述微距鏡外殼的凸緣以使得兩圖像在同一平面上。外殼的凸緣用於在z向將外殼固定到所述固定裝置上。所述邊緣的底部限定焦點以使得所述光學裝置能抵靠一平坦表面安裝並因此在同一平面上具有焦點。
圖4b示出了本發明的進一步實施例，其中，裝置包括四個安裝在一曝光頭50上的例如圖2所示類型的光調節裝置53、54、55、56。
由於安裝在同一曝光頭上，所述四個光調節裝置53、54、55和56一起運動。可以用幾種不同的方法依照例如圖3a中說明的原理方便的進行掃描。
圖4c說明了本發明的進一步實施例，其中，裝置包括兩個例如圖2所示類型的光調節裝置62、63。
本發明說明的實施例具有這樣的優勢當例如以圖示的箭頭方向進行掃描時能使照明謹慎地對所述光照表面最優化，從而避免了上述的「額外掃描」。原則上講，由於可以改進由曝光頭60、61進行的掃描以避免在所述使用的曝光頭60、61之間的任何相衝突的運動，因此可以避免任何多餘的掃描。
由於以此方式的掃描動作確保了高速照明，而同時自由運行曝光頭確保了如上所述的照明區域照明可以最優化這一事實，因此，所說明的實施例，其特徵是多個自由運行曝光頭通過掃描照明一光照表面，在效率方面具有相當優勢。
顯然，可以修改圖4c的實施例以進一步整合入例如總體上為3個或更多的照明頭。
權利要求
1.一種包括至少一個曝光頭(12)和至少兩個光調節裝置(20)的光照明設備，所述兩光調節裝置(20)的每一個各包括一空間光調節器(31、32)和一通過所述空間光調節器(31、32)為照明一光照表面(15)而布置的聯合的光發射器，所述兩光調節裝置(20)的每一個均為數字式控制，所述設備包括在所述至少一個曝光頭和所述光照表面(15)之間沿至少一個方向(x；y)進行相對運動的裝置。
2.根據權利要求1所述的光照明設備，其中，所述至少兩個光調節裝置布置在同一曝光頭(12)上。
3.根據權利要求1或2所述的光照明設備，其中，所述相對運動為一掃描運動。
4.根據權利要求1至3中任何一項所述的光照明設備，其中，通過相對於所述光照表面(15)移動所述至少一個曝光頭(12)來形成所述相對運動。
5.根據權利要求1至4中任何一項所述的光照明設備，其中，通過相對於所述至少一個曝光頭(12)移動所述光照表面(15)來形成所述相對運動。
6.根據權利要求1至5中任何一項所述的光照明設備，其中，至少一個曝光頭(12)包括兩個光調節裝置。
7.根據權利要求1至6中任何一項所述的光照明設備，其中，所述光調節裝置布置在至少兩個不同的曝光頭(60、61)上，所述曝光頭(60、61)在所述光照表面上進行掃描運動。
8.根據權利要求1至7中任何一項所述的光照明設備，其中，布置所述空間光調節器以照明所述光照表面(15)的至少兩個大致分開的子區域(SUB1、SUB2)。
9.根據權利要求1至8中任何一項所述的光照明設備，其中，對正所述空間光調節裝置(31、32)以使得兩光調節器的平行定向。
10.根據權利要求1至9中任何一項所述的光照明設備，其中，對正所述空間光調節裝置(20)以使得所述至少兩空間光調節器的相鄰行大致定位成使在所述至少兩空間光調節器的至少兩相鄰行之間的距離(DN)與在所述單個光調節器的行之間的距離(DR)大致相等。
11.根據權利要求1至10中任何一項所述的光照明設備，其中，所述至少兩個空間光調節器中心之間的距離的「x向投影」(D1)小於200毫米，優選小於150毫米，更優選為大致120毫米。
12.根據權利要求1至11中任何一項所述的光照明設備，其中，所述兩個空間光調節器中心之間的距離的「y向投影」(D2)小於50毫米，優選小於35毫米，當分別使用SXGA和XGA時，更優選的相應大致是25.6毫米或20.5毫米。
13.根據權利要求1至12中任何一項所述的光照明設備，其中，當分別使用SXGA和XGA時，所述兩個空間光調節器中心之間的距離優選相應是122.7毫米或121.73毫米。
14.根據權利要求1至13中任何一項所述的光照明設備，其中，所述曝光頭包括冷卻裝置(216、217)。
15.根據權利要求1至14中任何一項所述的光照明設備，其中，每個空間光調節裝置包括單獨的冷卻裝置(216、217)。
16.根據權利要求1至15中任何一項所述的光照明設備，其中，所述大體上分離的子區域(SUB1、SUB2)包括所述光照表面(15)的鄰接表面。
17.根據權利要求1至16中任何一項所述的光照明設備，其中，所述至少一個方向大體上橫向於所述光照表面(15)的相對移動。
18.根據權利要求1至17中任何一項所述的光照明設備，其中，所述至少一個方向確立為利用所述空間光調節器之至少兩個光調節器來照明所述光照表面上的一個受照像素。
19.根據權利要求1至18中任何一項所述的光照明設備，其中，所述至少一個方向確立為利用所述空間光調節器之至少一個調節器行來照明所述光照表面上的一個受照像素。
20.根據權利要求1至19中任何一項所述的光照明設備，其中，所述曝光頭相對所述光照表面在至少兩個方向可動。
21.根據權利要求1至20中任何一項所述的光照明設備，其中，所述光發射器包括一光源(210)。
22.根據權利要求1至21中任何一項所述的光照明設備，其中，所述光發射器包括連接到一光源的一光導之至少一個光發射端。
23.根據權利要求1至22中任何一項所述的光照明設備，其中，所述光發射器包括一燈泡。
24.根據權利要求1至23中任何一項所述的光照明設備，其中，所述光發射器包括一LED矩陣。
25.根據權利要求1至24中任何一項所述的光照明設備，其中，所述空間光調節器包括一DMD晶片。
26.根據權利要求1至25任何一項所述的光照明設備，其中，所述空間光調節器包括一微機械可傳送光調節器。
27.根據權利要求1至26中任何一項所述的光照明設備，其中，所述光照表面包括一印刷板。
28.根據權利要求1至27中任何一項所述的光照明設備，其中，所述光照表面包括一光敏材料。
29.根據權利要求1至28中任何一項所述的光照明設備，其中，所述曝光頭適用於在兩橫向方向進行正反向掃描。
30.根據權利要求1至29中任何一項所述的光照明設備，其中，所述空間光調節裝置中心之間x方向上小於150毫米，優選小於121毫米。
31.根據權利要求1至30中任何一項所述的光照明設備，其中，所述空間光調節裝置中心之間x方向上基本上為0(零)。
32.一種照明一光照表面(15)的方法，其中，在至少一個曝光頭上布置至少兩個光調節裝置(20)，每一個各包括一個通過掃描運動照明所述光照表面(15)的空間光調節器(31、32)。
33.根據權利要求32所述的照明一光照表面的方法，其中，所述至少兩個光調節裝置(31、32)布置在同一曝光頭(30a)上。
34.根據權利要求32所述的照明一光照表面的方法，其中，所述至少兩光調節裝置(62、63)布置在不同的自由運行曝光頭(60、61)上。
35.照明一光照表面的方法，其中，利用根據權利要求1-31中任何一項所述的一光照明設備進行所述照明。
全文摘要
本發明涉及一種包括至少一曝光頭(12)和至少兩個光調節裝置(20)的光照明裝置。所述兩光調節裝置(20)的每一個包括一空間光調節器(31、32)和一通過所述空間光調節器(31、32)為照明一光照表面(15)布置的聯合光發射器。所述兩光調節裝置(20)的每一個均為數字控制。所述設備包括在所述至少一曝光頭和所述光照表面(15)之間沿至少一個方向(x；y)進行相對運動的裝置。
文檔編號G03F7/20GK1646968SQ03807789
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月9日 優先權日2002年4月9日
發明者亨裡克·格倫特-馬德森 申請人:迪康公司