專利名稱：用單模光纖實(shí)現(xiàn)多路光掃描的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光照排系統(tǒng)中的光纖密排線陣列技術(shù)，主要是指一種用單模光纖實(shí)現(xiàn)多路光掃描的方法。
背景技術(shù)：
在激光照排機(jī)、激光光繪機(jī)中實(shí)現(xiàn)多路光掃描的方法之一是采用半導(dǎo)體激光器為一次光源，將其耦合到光纖之中，再將光纖密排成一個多路線陣列作為二次光源。
目前均采用多模光纖實(shí)現(xiàn)密排。因?yàn)槎嗄９饫w具有合適的光導(dǎo)出窗直徑，容易實(shí)現(xiàn)光點(diǎn)的密接。常用的多模光纖內(nèi)徑(光導(dǎo)出窗)一般為62.5um或50um，外徑則均為125um。實(shí)現(xiàn)密接的方法有兩種一種是剝離光纖的外折射層，只保留內(nèi)徑(光導(dǎo)窗)，然后將內(nèi)徑密排，我們稱之為“裸纖密排”。這種方法工藝難度較大。一種方法是直接按外徑密排，光點(diǎn)在幾何上不能密接，但光點(diǎn)直徑與光點(diǎn)間距相差不大，約為1∶1，可以將密排線陣列傾斜放置，用電路技術(shù)適配(掃描數(shù)據(jù)逐點(diǎn)延遲)，在水平線上實(shí)現(xiàn)光點(diǎn)密接。這種方法電路技術(shù)復(fù)雜。以上兩種技術(shù)的示意參見圖1和2。
上述兩種方法都是建立在透鏡成像，以光纖出窗端面為物平面，以感光軟片為像平面的原理之上的。使用時調(diào)焦必須非常準(zhǔn)確，否則因?yàn)槲锲矫嫫x光纖出窗端面(離焦)，光斑不但直徑擴(kuò)散，而且邊緣變得非常模糊。這是由于多模光纖特性所致它的出光光束遠(yuǎn)場模式復(fù)雜混亂。參見圖4。圖4中所示為光斑直徑上的功率分布(示意)。
實(shí)際上即使調(diào)焦準(zhǔn)確，光斑的形狀也不理想，各路光斑形狀仍很難一致。即使在耦合階段對光斑模式進(jìn)行篩選，也很難達(dá)到掃描質(zhì)量要求。這仍然是多模光纖特性所致它的近場(出窗)模式也是不規(guī)則的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在解決現(xiàn)有光纖多路光掃描中存在的缺陷而提出一種用單模光纖實(shí)現(xiàn)多路光掃描的方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是該方法包括在激光照排中以光纖密排線陣列為光源的半導(dǎo)體激光器及多路光纖密排方法，具體方法是采用單模光纖密排線陣列，和將物平面置于離窗后的適當(dāng)位置。
該技術(shù)方案還包括傾斜放置的單模光纖密排線陣列，和物平面的位置以達(dá)到其在水平線上的投影光點(diǎn)密接或適當(dāng)重疊。及線陣列的傾斜角度α的余弦值等于在水平線上光組的期望寬度與密排線陣列的實(shí)際寬度之比；及通過線陣列數(shù)據(jù)流的順序遞推延遲輸出，實(shí)現(xiàn)其在水平線上的投影；及采用串行級聯(lián)的數(shù)字型單穩(wěn)延遲計數(shù)器A來實(shí)現(xiàn)延遲；及采用高于打點(diǎn)頻率的計數(shù)時鐘LCP來保證延遲位移的精度；及在傾斜放置的線陣列中的每一路有各自獨(dú)立的、遞推延遲的行有效信號ES；及從所述ES的公共行起始和公共行結(jié)束中分離出行起止脈沖信號CS；及所述CS通過第n路單穩(wěn)型延遲計數(shù)器A后其前沿將被延遲而產(chǎn)生脈沖延遲信號CSn，其中CSn一方面作為鎖存時鐘送往觸發(fā)器D，將公共的行有效信號ES變成該路的行延遲信號ESn，另一方面作為下一路的行起止脈沖信號；及所述ESn通過位分頻器B的允許端控制位同步信號BSn的產(chǎn)生；及所述BSn作為先進(jìn)先出異步讀寫隊(duì)列存儲器FIFO的讀時鐘。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法所需的裝置該裝置包括按一定角度α傾斜放置的單模光纖密排線陣列，和將物平面置于光纖密排線陣列出光端面(出窗)后的適當(dāng)位置使得成像后的光點(diǎn)大小滿足在水平線上投影光點(diǎn)密接或適當(dāng)重疊的要求，和時延法傾斜校正處理器。及所述時延法傾斜校正處理器包括單穩(wěn)型延遲計數(shù)器A、觸發(fā)器D、位分頻器U3和先進(jìn)先出異步讀寫隊(duì)列存儲器FIFO；其中一行起止脈沖信號CS經(jīng)單穩(wěn)型延遲計數(shù)器A輸出一脈沖延遲信號CSn，及CSn經(jīng)觸發(fā)器D輸出一行延遲信號ESn，及ESn經(jīng)位分頻器B輸出一位同步信號BSn，及BSn經(jīng)先進(jìn)先出異步讀寫隊(duì)列存儲器FIFO輸出；一時鐘LCP分別接A、D；一行有效信號ES接D；一打印數(shù)據(jù)總線D接FIFO。
實(shí)現(xiàn)上述裝置的一具體電路U1是一個由GAL寫成的5位可編程計數(shù)器，RS端是清0端，CO為進(jìn)位端，P[4...0]是計數(shù)長度置入端；U1與D觸發(fā)器U2A、撥碼開關(guān)U5共同構(gòu)成了單穩(wěn)型延時計數(shù)器A；其中U1的P[4...0]接撥碼開關(guān)U5，U2A的Q端接U1的RS端，U2A的復(fù)位端CD接U1的CO端，脈沖信號CS接U2A的反向端CLK，U2A的/Q端分別接D觸發(fā)器U2B的CLK端和下一級單穩(wěn)；U2B的Q端接位分頻器U3的EN端，U3的Q端接FIFO的U4的RD端，U4的D端接總線、Q端輸出；時鐘LCD分別接U1和U3的CK端；行有效信號ES接U2B的D端。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.實(shí)現(xiàn)了單模光纖密排線陣列的多路光掃描技術(shù)。
2.遠(yuǎn)優(yōu)于多模光纖的光點(diǎn)質(zhì)量。


圖1是裸線密排示意圖。
圖2是多模光纖線陣列傾斜成像示意圖。
圖3是本發(fā)明的單模光纖的遠(yuǎn)場橫模剖面示意圖，圖中給出物平面位置。
圖4是多模光纖的遠(yuǎn)場橫模剖面示意圖，圖中給出物平面位置。
圖5是n路線陣列傾斜校正數(shù)字處理器方框圖。
圖6是實(shí)現(xiàn)圖5的一具體電路。
圖7是各路起止脈沖延遲及行有效延遲的相關(guān)時序圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明本發(fā)明提出的解決方案是采用單模光纖按外徑常規(guī)密排(傾斜密排)，但拋棄常規(guī)的成像概念，即仍然采用縮小(如1∶5)透鏡，但不以光纖出窗端面為物平面，而是將物平面置于出窗之后的適當(dāng)距離，則單模光纖的光斑在物平面上將會有合適的放大尺寸(離焦所致)，而光點(diǎn)之間的間距卻是縮小的(透鏡倍率所致)。這將使采用電路適配方法密接光點(diǎn)成為可能。甚至可以使用更小倍率的透鏡，如1∶10，無需電路適配而直接用離焦的方法密接光點(diǎn)(但這時焦深太短，并不實(shí)用)。參見圖3。
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，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))異步地遞推延遲輸出，同時為了保持行長不變，也要遞推延遲結(jié)束。本發(fā)明的核心即是這種陣列傾斜時間延遲的掃描方式以及實(shí)現(xiàn)這一延遲的方法。參見圖5。
在圖5中，行有效信號ES的長度(以時鐘計量)即是打印行的時鐘長度。我們定義ES的長度為高電平有效。在N路密排陣列水平放置的情況下，ES的上跳即是公共行起始，下跳即是公共行結(jié)束。但在傾斜放置線陣列的情況下，陣列中的每一路都必須有各自獨(dú)立的、遞推延遲的行有效信號，這在圖2中寫為“行延遲ES[(n-1)...0]”。
為了實(shí)現(xiàn)這個精確的延時，我們從行有效信號的ES的上跳、下跳沿中分離出兩個脈沖信號，統(tǒng)稱為行起止脈沖CS(由前端電路實(shí)現(xiàn))。信號CS通過第0路單穩(wěn)型延遲計數(shù)器后其前沿將被延遲，稱為CS0，信號CS0一方面作為鎖存時鐘送往D觸發(fā)器，將公共的行有效信號ES變成該路的行(有效)延遲ES0，另一方面作為下一路的行起止脈沖，引發(fā)下一路的延遲過程...，直至最后一路。
行延遲信號ES0通過位分頻器的允許端控制著位同步(打點(diǎn)時鐘)BS0的產(chǎn)生。因?yàn)檠訒r是以時鐘LCP計時的，若位分頻器是一個8分頻器，則可知延時在圖像中產(chǎn)生的位移是以1/8個點(diǎn)位來計量的，這在工程上已足夠精確。
各路中的FIFO是一個異步讀取的，先進(jìn)先出的隊(duì)列存儲器。各路FIFO可以通過數(shù)據(jù)總線同步地壓入數(shù)據(jù)，但又允許各路分別獨(dú)立的讀取數(shù)據(jù)，這就把各路位同步的時間差轉(zhuǎn)變成了數(shù)據(jù)的位置差。這里位同步BS0是作為FIFO的讀時鐘的。FIFO的數(shù)據(jù)寫入另有電路完成。
一個可以實(shí)現(xiàn)上述框圖的具體電路可參見圖6。為簡單起見，只畫出第0路和第一路。參照第0路解釋如下。
U1是一個由GAL寫成的5位可編程計數(shù)器，最大計數(shù)、編程長度為32；RS端是清0端，低電平清0；CO為進(jìn)位端，低電平進(jìn)位；P[4...0]是計數(shù)長度置入端。U1與D觸發(fā)器U2A，撥碼開關(guān)U5共同構(gòu)成了單穩(wěn)型延時計數(shù)器A。這個電路的初始態(tài)是穩(wěn)態(tài)，計數(shù)器U1被U2A的Q端清0，而U1端的進(jìn)位端CO為高電平，釋放U2A的復(fù)位端CD；一旦脈沖信號CS到來，它的上跳沿將使U2A置位(因U2A的D端為高電平)，從而釋放計數(shù)器U1；U1對時鐘計數(shù)直到被編程的模長(由撥碼開關(guān)U5置入，也可以由數(shù)據(jù)總線鎖存置入)，CO變低使U2A復(fù)位；但由于U2A復(fù)位迫使計數(shù)器U1也復(fù)位，所以電路又回到了穩(wěn)態(tài)。
在這個過程中U2A的反相端先是隨著CS的上跳沿下跳，在計數(shù)結(jié)束后又上跳，從而實(shí)現(xiàn)了對CS上跳沿的計數(shù)延時，標(biāo)記位CS0；CS0得上跳沿一方面觸發(fā)下一級單穩(wěn)，一方面作為鎖存時鐘送往D觸發(fā)器U2B使其鎖存行有效信號ES，而U2B的輸出Q即為行(有效)延遲ES0。由于鎖存時鐘CS0相對于CS的延遲，使行延遲ES0相對于行有效ES也產(chǎn)生了對應(yīng)的延遲。后續(xù)電路與框圖已無明顯差別，不贅述。
對應(yīng)于圖5、圖6的信號時序圖參見圖7。
工作原理如圖5、6所示，其中每一路的數(shù)據(jù)傳輸都由單穩(wěn)型延遲計數(shù)器A、D觸發(fā)器、位分頻器、FIFO構(gòu)成。單穩(wěn)型延遲計數(shù)器實(shí)際上等同于一個數(shù)字型單穩(wěn)態(tài)電路，只不過它的計時不是由RC積分確定，而是由時鐘計數(shù)確定，因此它有一個時鐘端。計數(shù)模長可以編程設(shè)定。一個脈沖通過該電路時將被計數(shù)延遲。構(gòu)造這個電路的方法很多。D觸發(fā)器、位分頻器、FIFO等單元一目了然，不贅述。
各路數(shù)據(jù)控制鏈中的單穩(wěn)延遲計數(shù)器按串聯(lián)方式級聯(lián)，所以各路中的時序過程都是遞推延遲的，從而實(shí)現(xiàn)對傾斜陣列的時延法校正。
為了實(shí)現(xiàn)精確的時延，要求有比較高的時鐘頻率。在一個工程實(shí)例中，時鐘頻率是同步頻率的8倍。這一方面意味著位分頻器是一個÷8分頻器，另一方面意味著可以用1/8點(diǎn)距(分辨率)的精度延遲修正點(diǎn)位。實(shí)踐證明這可以保證光點(diǎn)在水平線上的排列足夠平滑。
結(jié)合圖7的時序進(jìn)一步闡述工作過程。行有效信號是一個具精確長度的電平，它對應(yīng)的位同步數(shù)與行長嚴(yán)格一致，并且它的起止各伴隨一個觸發(fā)脈沖，即起止脈沖(行首、行尾脈沖)。行起脈沖只進(jìn)入0路，然后通過各路串行級聯(lián)的延遲計數(shù)器產(chǎn)生一連串的脈沖延遲。各路D觸發(fā)器在行有效信號及脈沖延遲的共同作用下又產(chǎn)生了一連串的行延遲。行延遲具有和行有效信號相同的電平長度，但在時間上被嚴(yán)格順延。行延遲信號作為允許信號作用在位分頻器上，控制位分頻器產(chǎn)生位同步鏈，其長度(脈沖數(shù))與行長嚴(yán)格一致，各個鏈之間也是嚴(yán)格時延的。位同步信號作為FIFO的異步讀信號使數(shù)據(jù)流移位輸出，而各路數(shù)據(jù)都是按數(shù)點(diǎn)方式排列的。這樣就實(shí)現(xiàn)了整個校正過程。
下面對單模光纖的特性作如下說明單模光纖具有單一、完美的遠(yuǎn)場模式，而且一致性極好。但它的出窗直徑卻幾乎是一個幾何點(diǎn)如本發(fā)明所采用的單模光纖，波長為650nm，其內(nèi)徑只有4.5um，同時它的外徑仍為125um。參見圖3。這樣的尺寸采用裸纖密排工藝是不可能的。若按外徑密排，由于光點(diǎn)直徑和光點(diǎn)間距的比例過大，約為1∶28，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1∶1，不但光路上無法處理(按光點(diǎn)直徑要求需要一個放大的透鏡，例如3∶1，而這時間距也被放大到不可接受的程度)，電路上也因點(diǎn)間距過大而無法適配。
本發(fā)明的關(guān)鍵之處是利用了單模光纖的出光光束在物平面上離焦之后雖然直徑擴(kuò)大但邊緣仍然保持完整的特性。這樣即實(shí)現(xiàn)了光點(diǎn)的密接，又實(shí)現(xiàn)了各路光點(diǎn)模式的高度一致性。其光點(diǎn)陣列的質(zhì)量是此用多模光纖無法達(dá)到的。
權(quán)利要求
1.一種用單模光纖實(shí)現(xiàn)多路光掃描的方法，包括在激光照排中以光纖密排線陣列為光源的半導(dǎo)體激光器及多路光纖密排方法，其特征是a.采用單模光纖密排線陣列，b.將物平面置于密排線陣列出光端面后的適當(dāng)位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的方法，其特征是c.所述a為傾斜放置的線陣列，d.所述b的位置以達(dá)到其在水平線上的投影光點(diǎn)密接或適當(dāng)重疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所說的方法，其特征是e.線陣列的傾斜角度α的余弦值等于在水平線上光組的期望寬度與密排線陣列的實(shí)際寬度之比；f.通過線陣列數(shù)據(jù)流的順序遞推延遲輸出，實(shí)現(xiàn)其在水平線上的投影；
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2所說的方法，其特征是采用串行級聯(lián)的數(shù)字型單穩(wěn)延遲計數(shù)A來實(shí)現(xiàn)延遲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2所說的方法，其特征是采用高于打點(diǎn)頻率的計數(shù)時鐘LCP來保證延遲位移的精度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2所說的方法，其特征是在傾斜放置的線陣列中的每一路有各自獨(dú)立的、遞推延遲的行有效信號ES；及從所述ES的公共行起始和公共行結(jié)束中分離出行起止脈沖信號CS；及所述CS通過第n路單穩(wěn)型延遲計數(shù)器A后其前沿將被延遲而產(chǎn)生脈沖延遲信號CSn，其中CSn一方面作為鎖存時鐘送往觸發(fā)器D，將公共的行有效信號ES變成該路的行延遲信號ESn，另一方面作為下一路的行起止脈沖信號；及所述ESn通過位分頻器B的允許端控制位同步信號BSn的產(chǎn)生；及所述BSn作為先進(jìn)先出異步讀寫隊(duì)列存儲器FIFO的讀時鐘。
7.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的用單模光纖實(shí)現(xiàn)多路光掃描的方法的裝置，其特征是包括按一定角度α傾斜放置的單模光纖密排線陣列，和將物平面置于光纖密排線陣列出光端面后的適當(dāng)位置使得成像后的光點(diǎn)大小滿足在水平線上投影光點(diǎn)密接或適當(dāng)重疊的，和時延法傾斜校正處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所說的裝置，其特征是所述時延法傾斜校正處理器包括單穩(wěn)型延遲計數(shù)器A、觸發(fā)器D、位分頻器U3和先進(jìn)先出異步讀寫隊(duì)列存儲器FIFO；其中一行起止脈沖信號CS經(jīng)單穩(wěn)型延遲計數(shù)器A輸出一脈沖延遲信號CSn，及CSn經(jīng)觸發(fā)器D輸出一行延遲信號ESn，及ESn經(jīng)位分頻器B輸出一位同步信號BSn，及BSn經(jīng)先進(jìn)先出異步讀寫隊(duì)列存儲器FIFO輸出；一時鐘LCP分別接A、D；一行有效信號ES接D；一打印數(shù)據(jù)總線D接FIFO。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所說的裝置，其特征是一具體電路U1是一個由GAL寫成的5位可編程計數(shù)器，RS端是清0端，CO為進(jìn)位端，P[4...0]是計數(shù)長度置入端；U1與D觸發(fā)器U2A、撥碼開關(guān)U5共同構(gòu)成了單穩(wěn)型延時計數(shù)器A；其中U1的P[4...0]接撥碼開關(guān)U5，U2A的Q端接U1的RS端，U2A的復(fù)位端CD接U1的CO端，脈沖信號CS接U2A的反向端CLK，U2A的/Q端分別接D觸發(fā)器U2B的CLK端和下一級單穩(wěn)；U2B的Q端接位分頻器U3的EN端，U3的Q端接FIFO的U4的RD端，U4的D端接總線、Q端輸出；時鐘LCD分別接U1和U3的CK端；行有效信號ES接U2B的D端。
全文摘要
一種用單模光纖實(shí)現(xiàn)多路光掃描的方法，旨在解決多模光纖光點(diǎn)形狀(橫模)質(zhì)量差及光纖密排線陣列中各光點(diǎn)不能密接的問題，其中方法是采用傾斜放置單模光纖密排線陣列，和將物平面置于離窗后的適當(dāng)位置，使采用電路適配方法密接光點(diǎn)成為可能。電路部分包括單穩(wěn)型延遲計數(shù)器A、觸發(fā)器D、位分頻器U3和先進(jìn)先出異步讀寫隊(duì)列存儲器FIFO等。本發(fā)明的關(guān)鍵之處是利用了單模光纖的出光光束在物平面上離焦之后雖然直徑擴(kuò)大但邊緣仍然保持完整的特性。這樣既實(shí)現(xiàn)了光點(diǎn)的密接，又實(shí)現(xiàn)了各路光點(diǎn)模式的高度一致性。其光點(diǎn)陣列的質(zhì)量是此用多模光纖無法達(dá)到的。
文檔編號B41B19/00GK1586889SQ200410051139
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月12日
發(fā)明者劉曉東 申請人:深圳市東方宇之光電子科技有限公司