Лазерный фотоплоттер
Полезная модель относится к области информационной и вычислительной техники и может быть использована для вывода прецизионных фотоформ: фотошаблонов печатных плат, фотошаблонов для производства микросхем, аэрофотоснимков Лазерный фотоплоттер содержит оптически связанные лазер, установленные на каретке с приводом перемещения формирователь многолучевого растра и блок фокусировки, а также блок вращения носителя с приводом вращения и датчиком углового положения, синтезатор частот, выход которого подключен к формирователю многолучевого растра, блоки управления формирователем многолучевого растра, приводом перемещения и приводом вращения, двунаправленные входы-выходы которых связаны магистральной шиной с двунаправленным входом-выходом компьютера. Новым в устройстве является введение датчика линейного перемещения, связанного с кареткой, выход которого подключен ко второму входу синтезатора частот, а входы блока управления приводом перемещения и блока управления формирователем многолучевого растра соединены с выходом датчика углового положения. Также, согласно изобретению, целесообразно лазер установить на каретке. Дополнительная подстройка с помощью датчика линейного перемещения позволяет осуществить более точное позиционирование многолучевого лазерного пучка относительно носителя и, тем самым, повысить качество и точность выводимых изображений.
Полезная модель относится к области информационной и вычислительной техники и может быть использована для вывода прецизионных фотоформ: фотошаблонов печатных плат, фотошаблонов для производства микросхем, аэрофотоснимков
Известен лазерный фотоплоттер (см. С.Баев, В.Бессмельцев, В.Слуев. «Высокопроизводительный лазерный фотоплоттер для фотошаблонов печатных плат», Ж. Электроника НТБ, №3, 2002, с.60-63). Устройство содержит оптически связанные лазер, установленные на каретке с приводом перемещения формирователь многолучевого растра, выполненный в виде акустооптического модулятора-дефлектора, связанный с синтезатором частоты, и блок фокусировки, а также блок вращения носителя с приводом вращения и датчиком углового положения. Блоки управления синтезатором частоты, приводом перемещения каретки и приводом вращения связаны с магистральной шиной контроллера, с которой через интерфейсный блок соединен двунаправленный вход-выход компьютера. Контроллер наделен программой, обеспечивающей многочастотное управление акустооптическим модулятором-дефлектором, которое позволяет сформировать на его выходе многолучевой растр независимо управляемых лазерных пучков. Оптической схемой многолучевой растр направляется в блок фокусировки (объектив) и фокусируется на поверхность носителя - листовой фотопленке, укрепленной на поверхности блока вращения носителя. За один оборот блока вращения носителя (барабана) записывается столько строк изображения, сколько пучков в растре. Используемая технология лазерной фотозаписи обеспечивает необходимые технические характеристики фотошаблонов. Однако, точность данной чисто механической системы позиционирования - привода перемещения каретки, выполненного в виде
пары винт-гайка, определяется качеством изготовления механических узлов. Высокоточные пары винт-гайка, изготовляемые за рубежом, имеют высокую стоимость, что существенно повышает стоимость фотоплоттера. Несоблюдение требований по точности ведет к заметному на глаз ухудшению качества выводимых изображений, наблюдаемому в виде полос с различной оптической плотностью. Это также приводит к увеличению случайной и накопленной ошибки, что существенно для вывода прецизионных фотоформ. Кроме того, механические детали в процессе эксплуатации изнашиваются, что также снижает точность их работы.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для оптической записи информации на вращающийся носитель (см. авторское свидетельство СССР №1431559, G 11 B 7/00, публ. 2003 г.), которое выбрано авторами за прототип. Устройство содержит оптически связанные лазер, установленные на каретке с приводом перемещения формирователь многолучевого растра и блок фокусировки, а также блок вращения носителя с приводом вращения и датчиком углового положения, синтезатор частот, выход которого подключен к формирователю многолучевого растра, блоки управления формирователем многолучевого растра, приводом вращения и приводом перемещения, выходы которых соединены соответственно с первым входом синтезатора частот, входами привода вращения и привода перемещения, двунаправленные входы-выходы связаны магистральной шиной с двунаправленным входом-выходом компьютера, вход блока управления приводом вращения соединен с выходом датчика углового положения. Кроме того, устройство содержит датчик радиального перемещения, связанный с кареткой, выход которого соединен с входами блока управления приводом перемещения и блока управления формирователем многолучевого растра.
Наличие в устройстве датчика радиального перемещения, установленного соосно приводу перемещения каретки, позволяет повысить точность позиционирования каретки, а, следовательно, и лазерного луча, относительно носителя. Однако известное устройство не позволяет учесть ряд погрешностей, влияющих на качество выводимых изображений, а именно: не учитывает погрешности изготовления винта, величину люфта пары гайка-винт, величину люфта передачи движения от гайки на каретку, люфта подвижной опоры, соединяющей каретку и направляющую.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании лазерного фотоплоттера, обеспечивающего высокую точность и качество вывода изображений за счет дополнительной подстройки позиции лазерного пучка.
Указанный результат достигается тем, что в лазерный фотоплоттер, содержащий оптически связанные лазер, установленные на каретке с приводом перемещения формирователь многолучевого растра и блок фокусировки, а также блок вращения носителя с приводом вращения и датчиком углового положения, синтезатор частот, выход которого подключен к формирователю многолучевого растра, блоки управления формирователем многолучевого растра, приводом перемещения и приводом вращения, выходы которых соединены соответственно с первым входом синтезатора частот, входами привода перемещения и привода вращения, двунаправленные входы-выходы связаны магистральной шиной с двунаправленным входом-выходом компьютера, а вход блока управления приводом вращения соединен с выходом датчика углового положения, согласно изобретению, введен датчик линейного перемещения, связанный с кареткой, выход которого подключен ко второму входу синтезатора частот, а входы блока управления приводом перемещения и блока управления формирователем многолучевого растра соединены с
выходом датчика углового положения. Также, согласно изобретению, лазер целесообразно установить на каретке.
Далее изобретение поясняется с помощью чертежей, где на фиг.1 схематически представлен принцип формирования многолучевого растра; на фиг.2 схематически представлен принцип подстройки позиции одного из лучей многолучевого растра согласно полезной модели; на фиг.3 представлена функциональная схема лазерного фотоплоттера.
Сущность предложенной полезной модели заключается во введении в схему фотоплоттера датчика линейного перемещения, который позволяет реализовать в устройстве двухступенчатую систему позиционирования многолучевого растра. Первая, грубая ступень - механическое перемещение каретки с приводом от пары винт-гайка. Точность данного перемещения определяется качеством изготовления пары винт-гайка. Вторая, точная ступень позиционирования заключается в дополнительной подстройке позиции растра и реализована на основе принципа работы формирователя многолучевого растра, который является ключевым элементом оптической системы лазерного фотоплоттера. Принцип его работы известен, аналогичен прототипу и состоит в следующем.
Если на управляющий вход формирователя многолучевого растра поступает сумма сигналов, например,
A1 Sin(2
f1)+A2Sin(2f2)+А3Sin(2f3) с частотами f 1, f2, f3, то из одного входного лазерного луча на выходе формирователя многолучевого растра будет получен пучок из прямого луча и трех отклоненных лучей, причем углы отклонения этих лучей от входного луча будут пропорциональны соответствующим частотам, а интенсивности - амплитудам. На фиг.1 показано расщепление коллимированного пучка, идущего от лазера, причем частоты и параметры оптической системы подбираются таким образом, чтобы расстояние между близлежащими сфокусированными световыми пятнами было равно величине шага растра. Таким образом
можно получить требуемое количество лучей (многолучевой растр), каждым из которых можно независимо управлять, что обеспечивает одновременный вывод нескольких строк изображения.
На основе этого известного принципа, согласно предложенной полезной модели, осуществляют дополнительную подстройку позиции лазерного пучка (см. фиг.2).
Если на управляющем входе формирователя многолучевого растра изменить частоту поданного сигнала на 
f, то угол его отклонения изменится на 
. Соответственно после фокусировки световое пятно на фотопленке сместится на определенную величину. Изменение частоты для дополнительной подстройки позиции светового пятна осуществляется синтезатором частот с использованием данных связанного с кареткой датчика линейного перемещения, который позволяет отследить позицию каретки, а, следовательно, и светового пятна лазера, установленного на каретке, с высокой точностью относительно носителя. Зависимость между изменением частот и отклонением позиции световых пятен задается в виде набора коэффициентов, который закладывается в синтезатор. Повышение точности обеспечивается тем, что независимо от любых погрешностей датчик линейного перемещения позволяет регистрировать абсолютное линейное перемещение каретки, в отличие от прототипа, в котором датчиком радиального перемещения регистрируется только поворот винта, в то время как на перемещение каретки оказывает влияние ряд других факторов.
Лазерный фотоплоттер (см. фиг.3) содержит оптически связанные лазер 1, формирователь многолучевого растра 2 и блок фокусировки 3, а также блок вращения носителя - барабан 4 с приводом вращения, включающим ведущий двигатель 5 и ременную передачу 6, и датчиком углового положения 7, каретку 8, установленную с возможностью перемещения по направляющим 9 с помощью привода перемещения, выполненного с в виде винта 10 и шагового двигателя 11, синтезатор
частот 12, выход которого подключен к формирователю многолучевого растра 2, датчик линейного перемещения 13, выполненный в виде прецизионного отсчетного механизма - линейки 14 с нанесенными на нее оптическим способом штрихами, и узла считывания 15, перемещаемого вдоль нее, блоки управления 16, 17, 18 входы которых соединены с выходом датчика углового положения 7, двунаправленные входы-выходы подключены через магистральную шину 19 к двунаправленному входу-выходу компьютера 20, а выходы соединены соответственно с первым входом синтезатора частот 12, входами шагового двигателя 11 и ведущего двигателя 5. Второй вход синтезатора частот 12 подключен к выходу узла считывания 15.
Формирователь многолучевого растра 2 выполнен в виде акустооптического модулятора-дефлектора, а блок фокусировки 3 выполнен в виде короткофокусного объектива. На поверхности барабана 4 укреплена за счет прижимных планок и вакуумирования фотопленка (на фигурах не показано). Формирователь многолучевого растра 2 и блок фокусировки 3 установлены на каретке 8. Датчик линейного перемещения 13 представляет собой оптико-электронный растровый преобразователь линейного перемещения (типа ЛИР-7, ЛИР-8, ЛИР-10), выпускаемого отечественной промышленностью. Линейка 14 крепится параллельно винту 10, а узел считывания 15 механически соединен с кареткой.
Работа блоков управления 16, 17, 18 исполнительными механизмами - шаговым двигателем 11, ведущим двигателем 5, а также синтезатором частот 12 синхронизирована выходным сигналом датчика углового положения 7 и осуществляется под управлением компьютера 20. Лазерный фотоплоттер работает следующим образом. По сигналу с блока управления 16 синтезатор частот 12 вырабатывает заданное количество несущих частот и модулирует их данными вывода изображения от компьютера 20. Количество несущих частот определяется количеством строк, выводимых за один оборот
барабана 4. Многочастотный управляющий сигнал с выхода синтезатора частот 12 поступает на вход формирователя многочастотного растра 2, где формируется многолучевой пучок независимо управляемых лазерных лучей, причем углы отклонения этих лучей от входного лазерного луча пропорциональны соответствующим частотам, а интенсивности -амплитудам. Отклоненные лучи направляются в блок фокусировки 3 и фокусируются в плоскости фотопленки на барабане 4. За один оборот барабана 4 записывается столько строк изображения, сколько независимо управляемых лучей сформировал формирователь многолучевого растра 2. Позиционирование пучка на фотопленке определяется положением каретки 8 в каждый момент времени, перемещаемой синхронно вращению барабана 4. Для повышения точности после очередного (шагового) перемещения каретки 8 на синтезатор 12 с датчика линейного перемещения 13 передается координата каретки 8, считанная узлом считывания 15 с линейки 14. С учетом полученной координаты и осуществляется подстройка позиции каждого луча лазерного пучка на фотопленке. При этом синтезатор частот 12 на основании заложенного в него набора коэффициентов корректирует величины частот в управляющем многочастотном сигнале на входе формирователя многолучевого растра 2, на выходе которого соответственно изменится угол отклонения лучей. Соответственно сфокусированные световые пятна лучей сместятся на фотопленке на некоторую величину, определяемую величиной коррекции.
Дополнительная подстройка с помощью датчика линейного перемещения позволяет осуществить более точное позиционирование многолучевого лазерного пучка относительно носителя и, тем самым, повысить качество и точность выводимых изображений.
1. Лазерный фотоплоттер, содержащий оптически связанные лазер, установленные на каретке с приводом перемещения формирователь многолучевого растра и блок фокусировки, а также блок вращения носителя с приводом вращения и датчиком углового положения, синтезатор частот, выход которого подключен к формирователю многолучевого растра, блоки управления формирователем многолучевого растра, приводом перемещения и приводом вращения, выходы которых соединены соответственно с первым входом синтезатора частот, входами привода перемещения и привода вращения, двунаправленные входы-выходы связаны магистральной шиной с двунаправленным входом-выходом компьютера, а вход блока управления приводом вращения соединен с выходом датчика углового положения, отличающийся тем, что в него введен датчик линейного перемещения, связанный с кареткой, выход которого подключен ко второму входу синтезатора частот, а входы блока управления приводом перемещения и блока управления формирователем многолучевого растра соединены с выходом датчика углового положения.
2. Фотоплоттер по п.1, отличающийся тем, что лазер установлен на каретке.
