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      一種滾筒成像的分辨率切換方法及其裝置與流程

      文檔序號(hào):11132778閱讀:985來(lái)源:國(guó)知局
      一種滾筒成像的分辨率切換方法及其裝置與制造工藝

      本發(fā)明屬于滾筒類(lèi)激光光纖密排掃描成像設(shè)備,如光學(xué)繪圖機(jī),激光照排機(jī),激光直接制版機(jī)等的光學(xué)成像系統(tǒng),特別涉及一種滾筒成像的分辨率切換方法及其裝置。



      背景技術(shù):

      在固定分辨率的光纖密排掃描系統(tǒng)中,激光像素信號(hào)通過(guò)多路單?;蚨嗄9饫w,以密排的形式送出,透過(guò)大數(shù)值孔徑的精密透鏡組,按比例縮小成像到吸附或裝夾在勻速旋轉(zhuǎn)的滾筒上的膠片或版材表面。同時(shí),由于光纖的斷面結(jié)構(gòu)分為芯徑和折射包層,如多模光纖的直徑比為62.5/125um,激光像素信號(hào)只在芯徑層傳輸。這樣從密排出來(lái)的光點(diǎn)之間是分離的,下一步將其成像,在像平面上其光斑也是分離的。這明顯不能滿(mǎn)足掃描要求。若用離焦的方法擴(kuò)大像面光斑直徑,雖然可以彌合光斑間距,但會(huì)犧牲光斑的邊緣質(zhì)量。也有方案是將光纖的外包層去除,使其光導(dǎo)層密接在一起。但這種方法即使成功,工藝難度會(huì)很大,批量成本很昂貴。

      目前的解決方案是采用常規(guī)的密排方法構(gòu)造光點(diǎn)分離的線(xiàn)陣列,但在安裝時(shí)使線(xiàn)陣列與滾筒水平母線(xiàn)保持一個(gè)夾角,使得線(xiàn)陣列中的光點(diǎn)投影到滾筒水平母線(xiàn)上時(shí),光點(diǎn)直徑可以密接(如圖1)。但是一個(gè)傾斜的線(xiàn)陣列向水平面投影是不可能用光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)的,這實(shí)際上是要求陣列中的本應(yīng)同步輸出的各個(gè)光點(diǎn)(即光柵數(shù)據(jù))行異步、分時(shí)地遞推延遲輸出,這就需要一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)序處理器對(duì)陣列光點(diǎn)激勵(lì)作延遲遞推,使傾斜的線(xiàn)陣列中所有光點(diǎn)分時(shí)的成像到水平線(xiàn)上,令光點(diǎn)以期望的分辨率緊密排列和曝光。

      在光纖數(shù)目不變的光纖密排成像設(shè)備的使用中,更高的成像分辨率可明顯提升成像細(xì)節(jié)品質(zhì),但同時(shí)會(huì)令曝光整體耗時(shí)接近成比例的增加,從而導(dǎo)致設(shè)備的單位產(chǎn)能下降。因此,客戶(hù)希望根據(jù)其產(chǎn)品的具體成像品質(zhì)需求和產(chǎn)能要求,自主實(shí)時(shí)選擇更合理的成像分辨率,并迅速切換成功。

      由上述成像原理可知,像素間點(diǎn)距由線(xiàn)陣列光纖芯距、透鏡組放大倍率、線(xiàn)傾斜傾斜角,以及數(shù)據(jù)時(shí)序處理器共同決定。而在變更分辨率的技術(shù)方案選擇上,理論上更直接的應(yīng)是變更透鏡組的放大倍率。因?yàn)橥哥R組倍率變更的比例,直接體現(xiàn)出成像分辨率切換的比例,而后上述所列的其余幾個(gè)參數(shù)都不必更改,同時(shí)每個(gè)像素點(diǎn)的點(diǎn)徑也能同時(shí)跟隨切換。此方案的弊端的是,若只對(duì)透鏡組的放大倍率的簡(jiǎn)單變更必定影響其數(shù)值孔徑,從而影響透鏡組自身的其他物理參數(shù),如焦深、視場(chǎng)、物像距、分辨率等。這為透鏡組的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)難題。例如,焦深與數(shù)值孔徑的平方成反比關(guān)系,因此如當(dāng)成像像素分辨率從8000DPI改變?yōu)?6000DPI時(shí),焦深將變得小得難以工程實(shí)現(xiàn)。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      本發(fā)明的主要目的是提供一種滾筒成像的分辨率切換方法及其裝置,實(shí)現(xiàn)根據(jù)產(chǎn)品的具體成像品質(zhì)需求和產(chǎn)能要求,自主實(shí)時(shí)選擇更合理的成像分辨率,并迅速切換成功。

      本發(fā)明提出一種滾筒成像的分辨率切換方法,步驟為:

      1)變更光纖線(xiàn)陣列與滾筒母線(xiàn)的傾斜角度,同時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)序處理器配合改變光點(diǎn)激勵(lì)延遲節(jié)拍量,令成像像素點(diǎn)距符合實(shí)際期望;

      2)根據(jù)切換目標(biāo)分辨率的需求,再通過(guò)光控電路調(diào)整激光器的光源激勵(lì)功率,從而得到準(zhǔn)確點(diǎn)徑的光點(diǎn)光斑,令像素點(diǎn)點(diǎn)徑也符合要求;

      在所述步驟1中,改變光纖線(xiàn)陣列傾斜角度的方法為:1.1)用一對(duì)精密軸承把線(xiàn)陣列座固定好,以確保其旋轉(zhuǎn)時(shí)的定位精度;1.2)再使用一個(gè)精確細(xì)分步進(jìn)電機(jī)和用于調(diào)整線(xiàn)陣列角度的調(diào)節(jié)裝置,來(lái)確定光纖線(xiàn)陣列與滾筒母線(xiàn)的物理角度;

      在所述步驟1中,光點(diǎn)激勵(lì)延遲調(diào)整方法為:1.3)在勻速旋轉(zhuǎn)的滾筒軸端安裝同步旋轉(zhuǎn)編碼器,編碼器信號(hào)指示出各個(gè)時(shí)刻旋轉(zhuǎn)滾筒的相角;1.4)對(duì)編碼器輸出信號(hào)作高倍數(shù)的細(xì)分,得到光電激勵(lì)延遲時(shí)鐘脈沖;當(dāng)數(shù)據(jù)時(shí)序處理器接收了一組成像光電數(shù)據(jù)后,以線(xiàn)陣列內(nèi)第一路光點(diǎn)的激勵(lì)時(shí)刻作為基準(zhǔn),其余各光點(diǎn)的激勵(lì)時(shí)刻均比其前一光點(diǎn)激勵(lì)時(shí)刻滯后n個(gè)延遲參考時(shí)鐘脈沖:即同一組數(shù)據(jù)分時(shí)激勵(lì),令成像光點(diǎn)間距滿(mǎn)足分辨率需求的同時(shí),又能使一組激光成像到介質(zhì)上的實(shí)際排列與滾筒母線(xiàn)平行。

      本發(fā)明又提出一種線(xiàn)陣列角度調(diào)整裝置,包括底座、安裝在所述底座上的透鏡組、光纖密排、光纖密排安裝座、旋轉(zhuǎn)套、一對(duì)精密軸承、軸承固定座、電機(jī)、電機(jī)安裝座、光電傳感器、傳感器感應(yīng)片、偏心軸套、旋轉(zhuǎn)擺臂和高剛度彈簧,所述光纖密排鑲套在所述光纖密排安裝座前部,所述透鏡組連接在所述光纖密排安裝座的后方,所述旋轉(zhuǎn)套套鎖在所述光纖密排安裝座的中部外壁,所述軸承鑲套在所述光纖密排安裝座的后端外壁,且所述軸承配合在所述軸承固定座上;所述電機(jī)的出軸端連接固定在所述電機(jī)安裝座上,所述電機(jī)的出軸從所述電機(jī)安裝座上的通孔伸出來(lái)連接所述偏心軸套,所述旋轉(zhuǎn)擺臂為L(zhǎng)型設(shè)置,所述旋轉(zhuǎn)擺臂的橫臂置于所述偏心軸套的上方,所述偏心軸套在縱向支撐旋轉(zhuǎn)擺臂;所述旋轉(zhuǎn)擺臂的橫臂與所述旋轉(zhuǎn)套的外壁面連接鎖緊,所述高剛度彈簧的一端固定在所述底座上,另一端固定在所述旋轉(zhuǎn)擺臂的橫臂前端,對(duì)所述旋轉(zhuǎn)擺臂與偏心軸套起壓緊作用;所述傳感器感應(yīng)片連接在所述電機(jī)出軸上,所述光電傳感器固定在所述電機(jī)安裝座上,所述傳感器感應(yīng)片在零點(diǎn)位置遮蓋所述光電傳感器。

      優(yōu)選地,所述底座上固定有透鏡組安裝座,所述透鏡組安裝座上設(shè)有橫向貫穿的安裝孔,所述透鏡組貫穿固定在所述安裝孔中。

      優(yōu)選地,所述底座包括固定在其前端的連接板,所述電機(jī)安裝座豎向連接固定在所述連接板的前端,所述彈簧的下端固定在所述連接板上,上端固定在所述旋轉(zhuǎn)擺臂的橫臂前端。

      本發(fā)明的滾筒成像的分辨率切換方法及其裝置的有益效果為:

      本發(fā)明的滾筒成像的分辨率切換方法是通過(guò)改變密排陣列傾斜角度,再配合改變光點(diǎn)激勵(lì)延遲節(jié)拍量,同時(shí)改變激光光功率,通過(guò)控制電路上的數(shù)據(jù)時(shí)序處理器改變光點(diǎn)激勵(lì)滯后的參考時(shí)鐘個(gè)數(shù),光控電路對(duì)激光器光功率作切換和穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)成像分辨率的切換。本發(fā)明的線(xiàn)陣列角度調(diào)整裝置主要是由細(xì)分步進(jìn)電機(jī)和偏心軸套支撐并調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)擺臂,旋轉(zhuǎn)擺臂與旋轉(zhuǎn)套與光纖密排安裝座隨動(dòng),從而改變光纖密排傾斜角度。實(shí)驗(yàn)表明,此方案滿(mǎn)足光繪及照排和直接制版機(jī)對(duì)分辨率切換的精度、重復(fù)性等設(shè)計(jì)要求。本發(fā)明能根據(jù)產(chǎn)品的具體成像品質(zhì)需求和產(chǎn)能要求,自主實(shí)時(shí)選擇更合理的成像分辨率,并迅速切換成功。

      附圖說(shuō)明

      圖1為線(xiàn)陣列延遲校正原理圖。

      圖2為本發(fā)明的線(xiàn)陣列角度調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

      圖3為光纖密排的相鄰兩路激光激勵(lì)延遲示意圖。

      本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例,參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。

      具體實(shí)施方式

      應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。

      本發(fā)明的滾筒成像的分辨率切換方法,其具體步驟為:

      1)變更光纖線(xiàn)陣列與滾筒母線(xiàn)的傾斜角度,同時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)序處理器配合改變光點(diǎn)激勵(lì)延遲節(jié)拍量,令成像像素點(diǎn)距符合實(shí)際期望;

      2)根據(jù)切換目標(biāo)分辨率的需求,再通過(guò)光控電路調(diào)整激光器的光源激勵(lì)功率,從而得到準(zhǔn)確點(diǎn)徑的光點(diǎn)光斑,令像素點(diǎn)點(diǎn)徑也符合要求。

      在步驟1中,改變光纖線(xiàn)陣列傾斜角度的方法為:用一對(duì)精密軸承把線(xiàn)陣列座固定好,以確保其旋轉(zhuǎn)時(shí)的定位精度;再使用一個(gè)精確細(xì)分步進(jìn)電機(jī)和用于調(diào)整線(xiàn)陣列角度的調(diào)節(jié)裝置,來(lái)確定光纖線(xiàn)陣列與滾筒母線(xiàn)的物理角度。步進(jìn)電機(jī)步距角的精確細(xì)分,以及角度調(diào)節(jié)裝置的角度分辨率和重復(fù)一致性,是決定線(xiàn)陣列傾斜角度調(diào)整成功與否的關(guān)鍵。

      在步驟1中,光點(diǎn)激勵(lì)延遲調(diào)整方法為:在勻速旋轉(zhuǎn)的滾筒軸端安裝同步旋轉(zhuǎn)編碼器,編碼器信號(hào)指示出各個(gè)時(shí)刻旋轉(zhuǎn)滾筒的相角。對(duì)編碼器輸出信號(hào)作高倍數(shù)的細(xì)分,得到光電激勵(lì)延遲時(shí)鐘脈沖。當(dāng)數(shù)據(jù)時(shí)序處理器接收了一組成像光電數(shù)據(jù)后,以線(xiàn)陣列內(nèi)第一路光點(diǎn)的激勵(lì)時(shí)刻作為基準(zhǔn),其余各光點(diǎn)的激勵(lì)時(shí)刻均比其前一光點(diǎn)激勵(lì)時(shí)刻滯后n個(gè)延遲參考時(shí)鐘脈沖:即同一組數(shù)據(jù)分時(shí)激勵(lì),令成像光點(diǎn)間距滿(mǎn)足分辨率需求的同時(shí),又能使一組激光成像到介質(zhì)上的實(shí)際排列與滾筒母線(xiàn)平行。

      當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)接近理想狀態(tài)下,激光透過(guò)光纖以及透鏡組后,成像光斑的能量密度分布圖應(yīng)是高斯型或近高斯型的。當(dāng)介質(zhì)表面感光度一致的情況下,改變激光器的瞬時(shí)激勵(lì)能量即光功率,則可令介質(zhì)上的成像光斑的有效面積發(fā)生變化。因此,根據(jù)切換目標(biāo)分辨率的需求,光控電路調(diào)整激光器光功率,從而得到準(zhǔn)確點(diǎn)徑的光點(diǎn)光斑。

      結(jié)合圖2,闡述本發(fā)明的線(xiàn)陣列角度調(diào)整裝置:

      該線(xiàn)陣列角度調(diào)整裝置包括底座、安裝在底座上的透鏡組1、光纖密排7、光纖密排安裝座5、旋轉(zhuǎn)套4、一對(duì)精密軸承3、軸承固定座2、電機(jī)8、電機(jī)安裝座、光電傳感器9、傳感器感應(yīng)片10、偏心軸套11、旋轉(zhuǎn)擺臂6和高剛度彈簧12。光纖密排安裝座5和軸承固定座2固定在底座上。底座上固定有透鏡組安裝座,透鏡組安裝座上設(shè)有橫向貫穿的安裝孔,透鏡組1貫穿固定在安裝孔中。光纖密排7鑲套在光纖密排安裝座5前部,透鏡組1連接在光纖密排安裝座5的后方,激光源從光纖密排7送出,穿過(guò)光纖密排安裝座5的內(nèi)部,進(jìn)入光學(xué)透鏡組1,并成像到透鏡組1的后端。

      旋轉(zhuǎn)套4套鎖在光纖密排安裝座5的中部外壁,一對(duì)軸承3鑲套在光纖密排安裝座5的后端外壁,且兩軸承3配合在軸承固定座2上。底座包括固定在其前端的連接板,電機(jī)安裝座豎向連接固定在連接板的前端。電機(jī)8的出軸端連接固定在電機(jī)安裝座上,電機(jī)8的出軸從電機(jī)安裝座上的通孔伸出來(lái)連接偏心軸套11。

      旋轉(zhuǎn)擺臂6為L(zhǎng)型設(shè)置,旋轉(zhuǎn)擺臂6的橫臂置于偏心軸套11的上方,偏心軸套11在縱向支撐旋轉(zhuǎn)擺臂6。旋轉(zhuǎn)擺臂6的橫臂與旋轉(zhuǎn)套4的外壁面連接鎖緊。高剛度彈簧12的下端固定在連接板上,上端固定在旋轉(zhuǎn)擺臂6的橫臂前端,彈簧12對(duì)旋轉(zhuǎn)擺臂6的置于偏心軸套11上的橫臂的前端施加向下的拉力,對(duì)旋轉(zhuǎn)擺臂6與偏心軸套11起壓緊作用。傳感器感應(yīng)片10連接在電機(jī)8出軸上,光電傳感器9固定在電機(jī)安裝座上,傳感器感應(yīng)片10在零點(diǎn)位置遮蓋光電傳感器9。

      偏心軸套11縱向支撐旋轉(zhuǎn)擺臂6,同時(shí)彈簧12消除了偏心軸套11與旋轉(zhuǎn)擺臂6之間的反向間隙,而且旋轉(zhuǎn)擺臂6是鎖緊在旋轉(zhuǎn)套4上的,旋轉(zhuǎn)套4鎖緊在光纖密排安裝座5上,從而旋轉(zhuǎn)擺臂6與旋轉(zhuǎn)套4與光纖密排安裝座5隨動(dòng)。因此,電機(jī)8與偏心軸套11的旋轉(zhuǎn)定位角度決定了光纖密排7的在一定范圍內(nèi)的空間角度。光電傳感器9與傳感器感應(yīng)片10確定了偏心軸套11的機(jī)械零點(diǎn)位置。

      切換分辨率時(shí),只需給電機(jī)8送出目標(biāo)定位指令,光纖密排7即可調(diào)整至范圍內(nèi)的目標(biāo)角度。電機(jī)8的出軸與偏心軸套11旋轉(zhuǎn)一周,對(duì)光纖密排7角度的調(diào)整量只需滿(mǎn)足成像分辨率切換所需要的范圍,而且電機(jī)8可高倍數(shù)精確細(xì)分步距角,相當(dāng)于對(duì)光纖密排7所需調(diào)整的角度行程作了高倍率的細(xì)分。因此,該結(jié)構(gòu)足以達(dá)到光纖密排7調(diào)整角度的分辨率和精度要求。

      圖3為光纖密排的相鄰兩路激光激勵(lì)延遲示意圖。

      圖3中D0、D1:相鄰兩路激光經(jīng)過(guò)透鏡后的光斑物理位置。

      θ角:光纖密排與滾筒母線(xiàn)的傾斜角度。

      a:目標(biāo)成像分辨率的點(diǎn)距。

      b:相鄰光點(diǎn)激勵(lì)滯后量

      c:光斑物理點(diǎn)距

      ck:延遲參考時(shí)鐘脈沖

      其中,θ角由線(xiàn)陣列角度調(diào)整裝置設(shè)定,c由密排光纖芯距和透鏡組放大倍率決定,參考時(shí)鐘ck由滾筒同步編碼器信號(hào)作高倍率細(xì)分后得到,滯后量b則由n個(gè)參考時(shí)鐘ck組成。

      分辨率切換時(shí),線(xiàn)陣列角度調(diào)整機(jī)構(gòu)改變了θ角的角度,期望點(diǎn)距a伸縮至目標(biāo)點(diǎn)距,則激勵(lì)滯后量b需作相應(yīng)的改變,以滿(mǎn)足直角三角形的勾股定理。因此,此時(shí)需要改變組成滯后量b的參考時(shí)鐘ck的個(gè)數(shù)n。

      當(dāng)光纖密排內(nèi)所有光點(diǎn)按上述方案調(diào)整滯后量,則一組成像光點(diǎn)排列與滾筒母線(xiàn)平行,而且點(diǎn)距滿(mǎn)足成像分辨率要求。與此同時(shí),光控電路對(duì)所有激光器光功率作切換和穩(wěn)定,令成像點(diǎn)徑達(dá)到分辨率要求。

      實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,以上方案,可以滿(mǎn)足光繪及照排和直接制版機(jī)對(duì)分辨率切換的精度、重復(fù)性等設(shè)計(jì)要求。

      以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,并非因此限制本發(fā)明的專(zhuān)利范圍,凡是利用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變換,或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域,均同理包括在本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍內(nèi)。

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