本發(fā)明屬于滾筒類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，激光像素信號通過多路單模或多模光纖，以密排的形式送出，透過大數(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，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，激光像素信號只在芯徑層傳輸。這樣從密排出來的光點(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)分離的線陣列，但在安裝時使線陣列與滾筒水平母線保持一個夾角，使得線陣列中的光點(diǎn)投影到滾筒水平母線上時，光點(diǎn)直徑可以密接(如圖1)。但是一個傾斜的線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)同步輸出的各個光點(diǎn)(即光柵數(shù)據(jù))行異步、分時地遞推延遲輸出，這就需要一個數(shù)據(jù)時序處理器對陣列光點(diǎn)激勵作延遲遞推，使傾斜的線陣列中所有光點(diǎn)分時的成像到水平線上，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)，但同時會令曝光整體耗時接近成比例的增加，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)距由線陣列光纖芯距、透鏡組放大倍率、線傾斜傾斜角，以及數(shù)據(jù)時序處理器共同決定。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參數(shù)都不必更改，同時每個像素點(diǎn)的點(diǎn)徑也能同時跟隨切換。此方案的弊端的是，若只對透鏡組的放大倍率的簡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、物像距、分辨率等。這為透鏡組的設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計帶來難題。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，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)變更光纖線陣列與滾筒母線的傾斜角度，同時數(shù)據(jù)時序處理器配合改變光點(diǎn)激勵延遲節(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，再通過光控電路調(diào)整激光器的光源激勵功率，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，改變光纖線陣列傾斜角度的方法為：1.1)用一對精密軸承把線陣列座固定好，以確保其旋轉(zhuǎn)時的定位精度；1.2)再使用一個精確細(xì)分步進(jìn)電機(jī)和用于調(diào)整線陣列角度的調(diào)節(jié)裝置，來確定光纖線陣列與滾筒母線的物理角度；

在所述步驟1中，光點(diǎn)激勵延遲調(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，編碼器信號指示出各個時刻旋轉(zhuǎn)滾筒的相角；1.4)對編碼器輸出信號作高倍數(shù)的細(xì)分，得到光電激勵延遲時鐘脈沖；當(dāng)數(shù)據(jù)時序處理器接收了一組成像光電數(shù)據(jù)后，以線陣列內(nèi)第一路光點(diǎn)的激勵時刻作為基準(zhǔn)，其余各光點(diǎn)的激勵時刻均比其前一光點(diǎn)激勵時刻滯后n個延遲參考時鐘脈沖：即同一組數(shù)據(jù)分時激勵，令成像光點(diǎn)間距滿足分辨率需求的同時，又能使一組激光成像到介質(zhì)上的實(shí)際排列與滾筒母線平行。

本發(fā)明又提出一種線陣列角度調(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連接所述偏心軸套，所述旋轉(zhuǎn)擺臂為L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改變密排陣列傾斜角度，再配合改變光點(diǎn)激勵延遲節(jié)拍量，同時改變激光光功率，通過控制電路上的數(shù)據(jù)時序處理器改變光點(diǎn)激勵滯后的參考時鐘個數(shù)，光控電路對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，從而改變光纖密排傾斜角度。實(shí)驗(yàn)表明，此方案滿足光繪及照排和直接制版機(jī)對分辨率切換的精度、重復(fù)性等設(shè)計要求。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)時選擇更合理的成像分辨率，并迅速切換成功。

附圖說明

圖1為線陣列延遲校正原理圖。

圖2為本發(fā)明的線陣列角度調(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)變更光纖線陣列與滾筒母線的傾斜角度，同時數(shù)據(jù)時序處理器配合改變光點(diǎn)激勵延遲節(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，再通過光控電路調(diào)整激光器的光源激勵功率，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，改變光纖線陣列傾斜角度的方法為：用一對精密軸承把線陣列座固定好，以確保其旋轉(zhuǎn)時的定位精度；再使用一個精確細(xì)分步進(jìn)電機(jī)和用于調(diào)整線陣列角度的調(diào)節(jié)裝置，來確定光纖線陣列與滾筒母線的物理角度。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，編碼器信號指示出各個時刻旋轉(zhuǎn)滾筒的相角。對編碼器輸出信號作高倍數(shù)的細(xì)分，得到光電激勵延遲時鐘脈沖。當(dāng)數(shù)據(jù)時序處理器接收了一組成像光電數(shù)據(jù)后，以線陣列內(nèi)第一路光點(diǎn)的激勵時刻作為基準(zhǔn)，其余各光點(diǎn)的激勵時刻均比其前一光點(diǎn)激勵時刻滯后n個延遲參考時鐘脈沖：即同一組數(shù)據(jù)分時激勵，令成像光點(diǎn)間距滿足分辨率需求的同時，又能使一組激光成像到介質(zhì)上的實(shí)際排列與滾筒母線平行。

當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)接近理想狀態(tài)下，激光透過光纖以及透鏡組后，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，改變激光器的瞬時激勵能量即光功率，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)明的線陣列角度調(diào)整裝置：

該線陣列角度調(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連接偏心軸套11。

旋轉(zhuǎn)擺臂6為L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。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，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，對光纖密排7角度的調(diào)整量只需滿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延遲示意圖。

圖3中D0、D1：相鄰兩路激光經(jīng)過透鏡后的光斑物理位置。

θ角：光纖密排與滾筒母線的傾斜角度。

a：目標(biāo)成像分辨率的點(diǎn)距。

b：相鄰光點(diǎn)激勵滯后量

c：光斑物理點(diǎn)距

ck：延遲參考時鐘脈沖

其中，θ角由線陣列角度調(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，參考時鐘ck由滾筒同步編碼器信號作高倍率細(xì)分后得到，滯后量b則由n個參考時鐘ck組成。

分辨率切換時，線陣列角度調(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，則激勵滯后量b需作相應(yīng)的改變，以滿足直角三角形的勾股定理。因此，此時需要改變組成滯后量b的參考時鐘ck的個數(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)排列與滾筒母線平行，而且點(diǎn)距滿足成像分辨率要求。與此同時，光控電路對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，可以滿足光繪及照排和直接制版機(jī)對分辨率切換的精度、重復(fù)性等設(shè)計要求。

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)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(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)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。