(57)【要約】【課題】  画像付け装置の結像光学系の可動の光学部材の位置を正確に測定する。【解決手段】  印刷機８４の印刷ユニット８２にある版１２の画像付け装置１０は、光源１４と、光源１４を版１２に投射するための結像光学系１８とを備えている。結像光学系１８の光学部材２０、特にレンズがアクチュエータ部材４８によって可動であり、結像光学系１８は、コイルと、少なくとも１つのセンサターゲットとを備える、光学部材２０の実際位置を測定するためのセンサ２４を含んでいる。センサ２４は、アクチュエータ部材４８によって光学部材２０の位置調整をするための制御部材６６に付属しており、それにより、光学部材２０の動的な位置決めを高い精度で行うことができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの光源（１４）と、前記の少なくとも１つの光源（１４）を版（１２）に投射するための結像光学系（１８）とを備え、前記結像光学系（１８）の少なくとも１つの光学部材（２０）がアクチュエータ部材（４８）によって可動である、版（１２）の画像付け装置（１０）において、
前記結像光学系（１８）が、コイル（２６）と、少なくとも１つのセンサターゲット（２８）とを備える、前記光学部材（２０）の実際位置を測定するためのセンサ（２４）を含んでいることを特徴とする、版の画像付け装置。
【請求項２】
前記コイル（２６）が前記結像光学系（１８）の光学軸（３２）を中心としてセンタリングされている、請求項１に記載の画像付け装置。
【請求項３】
前記センサ（２４）が前記結像光学系（１８）の前記光学軸（３２）を中心として対称に配置されており、および／または前記センサ（２４）が環状である、請求項１または２に記載の画像付け装置。
【請求項４】
前記センサ（２４）が前記の少なくとも１つのセンサターゲット（２８）の周囲に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項に記載の画像付け装置。
【請求項５】
前記センサ（２４）が、対称に配置された複数のコイルタップを有している、請求項１から４までのいずれか１項に記載の画像付け装置。
【請求項６】
前記光学部材（２０）と前記の少なくとも１つのセンサターゲット（２８）が中央の管（３４）に載っている、請求項１から５までのいずれか１項に記載の画像付け装置。
【請求項７】
前記中央の管（３４）の壁厚が前記コイルの渦電流の浸透深さよりも大きい、請求項１から６までのいずれか１項に記載の画像付け装置。
【請求項８】
前記センサターゲット（２８）が、前記中央の管（３４）内に少なくとも１つのエアギャップ（３６）を含んでいる、請求項６または７に記載の画像付け装置。
【請求項９】
前記の少なくとも１つの光学部材（２０）がレンズである、請求項１から８までのいずれか１項に記載の画像付け装置。
【請求項１０】
前記結像光学系（１８）が、前記レンズと中心合わせされたミラー（３８）を含んでいる、請求項９に記載の画像付け装置。
【請求項１１】
前記光学部材（２０）がダイヤフラム（５６）に支持されている、請求項１から１０までのいずれか１項に記載の画像付け装置。
【請求項１２】
前記センサ（２４）が、前記アクチュエータ部材（４８）によって前記光学部材（２０）の位置調整をするための制御部材（６６）に付属している、請求項１から１１までのいずれか１項に記載の画像付け装置。
【請求項１３】
前記制御部材（６６）が、前記光学部材の目標位置のために必要な電圧を決める状態空間コントローラ（８６）と、前記センサ（２４）の実際位置測定に基づいて速度と電流を計算する観測部材（８８）とを含んでいる、請求項１２に記載の画像付け装置。
【請求項１４】
印刷ユニット（８２）において、
請求項１から１３までのいずれか１項に記載の画像付け装置（１０）を少なくとも１つ備えていることを特徴とする印刷ユニット。
【請求項１５】
印刷機（８４）において、
請求項１４に記載の画像付け装置を少なくとも１つ備えていることを特徴とする印刷機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの光源と、少なくとも１つの光源を版に投射するための結像光学系とを備え、結像光学系の少なくとも１つの光学部材がアクチュエータ部材によって可動である、版の画像付け装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
版露光器においてであれ印刷機の印刷ユニットにおいてであれ、結像光学系によって版の表面に投射される１つまたは複数の光線によって、版、版前駆体、いわゆるマスター版等（以下、すべて短く版という）を画像付けするときには、管理されたエネルギー注入を、特に特定の強度で特定の面に行えるようにするために、版の表面の画像付けされるべき領域部分と、結像光学系の画像面とを、光線の１つまたは複数の焦点が実質的に版の表面上にくるように一致させることが必要である。この目標は、結像光学系の光学部材の位置、特にレンズの位置を変えることにより、結像光学系の焦点をずらすことによって達成されることが多い。
【０００３】
たとえば特許文献１および特許文献２より、結像光学系が可変の焦点を有している画像付け装置が公知である。可動コイルアクチュエータ（Ｖｏｉｃｅ−ｃｏｉｌ  ａｃｔｕａｔｏｒ）が、結像光学系の光学軸に沿ってレンズがスライドするようにレンズのポジションまたは位置を変えることを可能にし、結像光学系の焦点が変位する。結像光学系を通って画像付けされるべき物体の表面へ放出された光の、結像光学系の内部への反射の測定が行われ、それによって、可動コイルアクチュエータに対する制御信号もしくは調節信号を生起することができる。
【０００４】
先出願である特許文献３、もしくは先出願である特許文献４からも、焦点が可変である版の画像付け装置が公知である。この両方の特許文献の開示内容全体を、この引用により本明細書に取り入れる。この画像付け装置は、光学軸に沿って配置された複数のレンズを備える結像光学系を含んでおり、光路はこれらのレンズを通って、ここでは特に個別に制御可能なレーザダイオードのアレイである光源から版までを少なくとも２回通過する。この光路はレンズの通過後にミラーによって折り返され、その結果、光は特に反対方向へレンズをあらためて通り抜ける。レンズのうち少なくとも１つは光学軸に沿って可動につくられている。この画像付け装置は、画像付け装置と版との間の距離を測定する装置を、たとえば三角測量センサの形態で有している。この距離の測定を基にして、結像光学系の焦点が画像付けされるべき版の表面上にくるように、可動のレンズの位置の制御または調節を行うことができる。
【特許文献１】米国特許明細書５，１４６，２４２
【特許文献２】米国特許明細書５，２４８，９９２
【特許文献３】ドイツ特許出願明細書１０２３３４９１．９
【特許文献４】米国特許出願明細書６０／３９９，５８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
版の表面の画像付けは多数の画点で短時間に行われるので、光学部材の位置を迅速かつ正確に調整できるようにするために、特にレンズである光学部材の位置決めや案内のために高度に動的な、それでいて同時に非常に正確な（通常はマイクロメートル単位の精度の）アクチュエータを使わなくてはならない。このような種類のアクチュエータは、光学部材が現在占めている実際位置を基準として特定の値だけ正しく変位させることを可能にするものの、この変位は、光学部材の実際位置が画像付けにとってすでに正しくなっている程度にしか、正確になり得ない。
【０００６】
本発明の目的は、画像付け装置の結像光学系の可動の光学部材の実際位置を正確に測定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴を備える版の画像付け装置によって達成される。本発明の有利な発展例は従属請求項に記載されている。
【０００８】
本発明によれば、版の画像付け装置は少なくとも１つの光源、特に複数の光源と、少なくとも１つの光源を版に投射するための結像光学系とを含んでおり、結像光学系の少なくとも１つの光学部材、特にちょうど１つの光学部材はアクチュエータ部材によって可動であり、結像光学系は、コイルと、少なくとも１つのセンサターゲットまたはサンプリング部材（Ｐｒｏｂｅｎｅｌｅｍｅｎｔ）とを備える、光学部材の実際位置測定をするためのセンサを含んでいる。
【０００９】
特に、版の画像付けのために版の表面の部分領域に結像光学系を焦点合せすることとの関連で、光学部材の位置決めを高い精度（マイクロメートル単位の精度）で行うことができるという利点がある。光学部材の実際位置を表す目安となるアナログ信号またはデジタル信号をセンサによって生成可能であり、それにより、その情報をアクチュエータ部材の制御または調節のために利用できるからである。位置決めは特に動的に行うことができる。
【００１０】
好ましい光源はレーザ光源であり、特にレーザダイオードまたは固体レーザである。１つを超える数の光源を使うときは、複数の光源の光源を個別に制御可能であり、すなわち、互いに異なる光出力を生成することができる。複数のレーザ光源は１つのバーで特に一列に、またはグリッド上に統合されていてよい。結像光学系は、複数の光源のすべてに作用する光学部材（マクロ光学部材）を含んでいてよく、また、複数の光源のうち１つにそれぞれ作用する光学部材（ミクロ光学部材）を有していてよい。版はプレート状またはスリーブ状であってよい。版は、版胴または版支持部材に取外し可能もしくは取出し可能に載っていてよい。画像付け装置、正確に言えば画像付け装置によって生成される画点と、版の表面もしくは版胴や版支持体とは、互いに相対的に可動である。版は軸を中心として回転可能であり、画像付け装置はこの回転軸と実質的に平行に並進運動可能であるのが好ましく、これらの運動は、版の表面上で画像付けされるべきすべての部分領域または印刷点に画像付け装置の光源の画点が達することができるように、互いに調節される。アクチュエータ部材は可動コイルアクチュエータであるのが好ましいが、リニアアクチュエータ、ギヤ付きのサーボモータ等であってもよい。
【００１１】
画像付け装置のセンサのコイルは自立式であってよく、または管に巻き付けられていてよく、特に、コイル、特に管は、結像光学系の光学軸を中心としてセンタリングされていてよい。このような実施態様は、利用できる構造スペースが狭くても、中央の光の通路を得られるという利点がある。
【００１２】
本発明による画像付け装置の有利な実施態様では、センサは結像光学系の光学軸を中心として対称に配置されており、および／またはセンサは環状である。さらに、アクチュエータ部材、特に可動コイルアクチュエータは回転対称に製作されていてよい。このようにして、高度に動的な高速運動をしたときに運動軸が傾くという、非対称なセンサの場合に生じる危険が減る。必要な案内精度を、動的な場合によく良く守れるようになる。
【００１３】
本発明の画像付け装置では、センサもしくはコイルは少なくとも１つのセンサターゲットの周囲に配置されていてよい。特に、コイルは完全にセンサターゲットの周囲を延びていてよい。これに加えて、またはこれに代えて、センサは対称に配置された複数のコイルタップを有しており、特に、３６０度のコイルでそれぞれ１２０度だけオフセットされた３つのタップを有している。
【００１４】
コンパクトな構造形態と簡単な統合方法としては、本発明の画像付け装置の内部で、光学部材と少なくとも１つのセンサターゲットが中央の管に載っている。この場合、中央の管の壁厚はコイルの渦電流の浸透深さよりも大きいのが好ましい。
【００１５】
センサターゲットはさまざまな形態で製作されていてよい。重要なのは、材料の電磁特性に関して、特に透磁率に関して、コントラストが優れていることである。磁気の持続性が低いのが特別に好ましい。センサターゲットは、透磁性が異なる材料からなる部分を有していてよく、たとえば空気／アルミニウムやミューメタル／アルミニウムの組み合せを有している。センサターゲットは、中央の管に少なくとも１つのエアギャップを含んでいるのが好ましい。
【００１６】
本発明による画像付け装置の特別に有利な実施態様では、少なくとも１つの光学部材が屈折光学部材であり、特にレンズである。引用によって本明細書に取り入れた特許文献３および特許文献４に記載されている特別な実施態様では、結像光学系はレンズと中心合わせされたミラーを含んでおり、特に、ミラーは平面鏡であってよい。
【００１７】
光学部材はダイヤフラムに支持されていてよい。レンズの場合、２つのダイヤフラムを用いるのが好ましい。この場合、ダイヤフラムの間隔が広いのが特別に好ましい。そのようにして、光学部材に対する良好な案内が得られるからである。
【００１８】
画像付け装置の有利な実施態様では、センサは、アクチュエータ部材によって、特に可動コイルアクチュエータによって光学部材を位置決め調整するための制御部材に付属している。制御部材は計算ユニットから光学部材の目標位置を受けとり、または、画像付け装置と、版の表面の部分領域との間で測定された実際間隔の関数として光学部材の目標位置を算出する。位置の制御は、フィードフォワードとノイズ補正を行うコントローラによって行うのが好ましい。制御部材は、特に、光学部材の目標位置のために必要な電圧を決める状態空間コントローラと、センサの実際位置測定を基にして速度と電流を計算する観測部材とを含んでいる。
【００１９】
本発明の画像付け装置は版露光器または印刷ユニットで有利に用いることができる。版露光器は、版、（露光に続いてさらに製版される）版前駆体、またはマスター版を載せるための胴を有していてよく、もしくはインドラム型露光器であってよい。本発明の印刷ユニットは少なくとも１つの本発明の画像付け装置を備えることを特徴としており、直接式または間接式の平版印刷ユニット、グラビア印刷ユニット、フレキソ印刷ユニット、オフセット印刷ユニット、ドライオフセット印刷ユニット等であってよい。本発明の印刷ユニットは印刷機で特別に有利に用いることができる。本発明の印刷機は、少なくとも１つの本発明の印刷ユニットを備えることを特徴としており、ウェブを処理する印刷機または枚葉紙を処理する印刷機であってよい。通常の被印刷体は用紙、板紙、厚紙、有機ポリマーフィルム、布地等であってよい。ウェブを処理する印刷機は、巻取紙交換装置と、上側および下側の印刷ユニットを備える複数の印刷ユニット（通常は４つの印刷ユニット）と、乾燥機および冷却機と、折り装置とを有している。枚葉紙を処理する印刷機は両面印刷機であってよく、給紙装置と、複数の印刷ユニット（通常は４つ、６つ、８つ、または１０の印刷ユニット）と、場合により仕上処理ユニット（打抜きユニット、ニス引きユニット等）と、排紙装置とを有していてよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明による画像付け装置の有利な実施形態で、アクチュエータ部材４８とセンサ２４の原理的な配置を示している。対称軸が画像付け装置（図３参照）の光学軸３２と実質的に平行に延びる、並進方向５０に可動の中央の管３４が、この構成ではコイル支持体の役割と、センサターゲット２８の役割と、光学部材の支持体（図２参照）の役割とを担っている。アクチュエータ部材４８は、磁気回路５２または磁気リングと、可動コイル５４とを有している。センサ２４はコイル２６を有しており、中央の管３４のそれぞれの支持部位の間のわずかな構造スペースに対称かつコンパクトに配置されている。このようにコンパクトな構造では公差が最低限に抑えられる。中央の管３４は、アクチュエータ部材４８のタペット（Ｓｔｏｅｓｓｅｌ）としてとらえることもできる。半径方向の対称性は、特に、たとえば対称でない質量分布による中央の管３４の案内精度の誤差が防止され、コイル２６がセンサターゲット２８の方へ傾くことを原因とする測定誤差が補正されるという利点がある。センサターゲット２８はさまざまに製作されていてよく、重要なのは、材料の透磁性のコントラストが良いことと、磁気の持続性が低いことである。図示したセンサは中央の管に、この図１には１つだけが見えている複数のエアギャップ３６、いわゆるターゲットスリットを有している。したがって、透磁性のコントラストは、空気とアルミニウムという材料の組み合せによってもたらされる。エアギャップ３６の幅は、センサ２４のコイル２６のコイルタップの間隔である。静的な場合におけるアクチュエータ部材の作動形式は、次のように短くまとめることができる。すなわち、磁気回路５２の可動コイル５４（Ｔａｕｃｈｓｐｕｌｅ）への通電により、中央の管３４の軸受（図２参照）に抗して働く軸方向力が生じる。軸受のスチフネスが、この力の結果として生じる経路を規定する。センサ２４に関して述べておくべきことは、コイル２６が交流で作動することである。センサターゲット２８がコイル２６に対して相対的に動くと、渦電流の作用によって個々のコイルセグメントが影響をうける。
【００２２】
図２は、画像付け装置の有利な実施形態における、アクチュエータ部材４８およびセンサ２４とともに可動の光学部材２０、ここではレンズを示す図である。レンズが載っている中央の管３４は、レンズの後側に直接的または間接的にミラー３８が載っているミラー保持部５８を包囲している。すでに図１を参照して説明したように、中央の管３４は結像光学系の光学軸と実質的に平行に動くことができる。中央の管３４は、図２に示す実施形態では２つのダイヤフラム５６に支持されており、これらのダイヤフラム５６のスチフネスに抗して中央の管３４の並進運動が行われる。ダイヤフラム５６は中央の管３４を支持し、それにより、光学部材２０をハウジング６０の中で支持している。センサ２４は、較正をするためにエアギャップ３６およびハウジング６０に対して軸方向に調節可能であるように製作されている。ハウジング６０は、別のレンズ６４を可動の光学部材２０のすぐ手前に配置された状態で固定する光学系収容部材６２も支えている。この別のレンズ６４は、有利な実施形態ではその位置が不変である。アクチュエータ部材４８によって制御される中央の管３４の運動は、光路を妨げることなく行うことができる。換言すると、アクチュエータ部材４８は、その可動部品を通過する自由な光路を可能にする。
【００２３】
図３は、印刷機８４の印刷ユニット８２にある版胴７４の版のための本発明による画像付け装置１０の有利な実施形態の概略図である。このような種類の画像付け装置１０は、版露光器に収納されていてもよい。画像付け装置１０は、可動の光学部材２０を備える結像光学系１８を含んでいる。ここではバーの上にある個別に制御可能なダイオードレーザである複数の光源１４のビームは、ミクロ光学系４２（特に２部分からなるミクロ光学系。この場合、第１の部分はサジタル方向、第２の部分はメリジアン方向でそれぞれ作用する）によってフォーミングされてから、ポロプリズム４４によって、ミラー３８を備えるマクロ光学系４０に送り込まれる。光路２２はマクロ光学系４０を２回通過し、次いで修正光学系（Ｔａｌｅｓｋｏｐ）４６を通る。光源１４は、版１２の上の画点１６に結像される。画像付け装置１０の結像光学系の焦点位置と比較しながら版１２の位置を決めるために、三角測量センサ６８が組み込まれている。三角測量センサ８６に代えて、他の実施形態では、その他の適切な距離測定装置を使うこともできる。センサ光７０または測定ビームは版１２の表面で反射され、それによって間隔の測定が可能である。この測定により、特に自動的な計算によって距離７２を推定することができる。版の表面は数百マイクロメートルのオーダーの明らかな膨らみを有しているので（「プレートバブル」）、焦点位置の変更は、ここではレンズである可動の光学部材２０によって行われる。三角測量センサ６８は、版胴７４が回転方向７６へ回転することによって後の時点で初めて画点１６の画像フィールドに到達する、版１２の位置で測定を行うことができる。この位置は、版胴７６の軸に沿って画点１６に対してオフセットされたところにある位置であってもよい。複数の光源１４は、制御ユニット８０と作用接続されたレーザ励振部７８と接続されている。図１と図２を参照してすでに説明したように、光学部材２０はアクチュエータ部材４８によって並進方向５０に可動である。光学部材２０の実際位置はセンサ２４で測定され、制御部材６６へと伝送される。三角測量センサ６８も制御部材６６と接続されているので、光学部材２０の目標位置値を決めることができる。制御部材６６の調節部材は、光学部材２０を動かすためのアクチュエータ部材４８である。
【００２４】
図４は、光学部材２０の位置決めのための有利なコントローラの概念を示している。状態空間コントローラ８６に目標位置９０が供給され、それにより、状態空間コントローラ８６はアクチュエータ部材４８に対する電圧９２を決めることができる。アクチュエータ部材４８の作動は光学部材の実際位置９４を生じさせる。この実際位置９４がセンサ２４により測定される。測定された実際位置９６は、状態空間コントローラ８６と観測部材８８の両方に供給される。センサ２４の実際位置フィードバックまたは経路位置フィードバックと、状態空間コントローラ８６から出力される電圧９２とに基づいて、観測部材８８は電流９８と速度１００を計算する。状態空間コントローラ８６は、実際位置９６（経路）と、速度９８と、電流１００とに基づいて、目標位置９０を設定するために必要な電圧を計算する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による画像付け装置の有利な実施形態で、アクチュエータ部材とセンサの原理的な配置を示す図である。
【図２】画像付け装置の有利な実施形態で、アクチュエータ部材およびセンサとともに可動の光学部材を示す図である。
【図３】版胴に載っている版を画像付けするための画像付け装置の有利な実施形態を示す概略図である。
【図４】光学部材の位置決めするための有利なコントローラの概念を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  画像付け装置
１２  版
１４  光源
１６  画点
２０  光学部材
２４  センサ
２６  コイル
２８  センサターゲット
３２  光学軸
３４  中央の管
３６  エアギャップ
３８  ミラー
４０  マクロ光学系
４２  ミクロ光学系
４４  ポロプリズム
４６  修正光学系
４８  アクチュエータ部材
５０  並進方向
５２  磁気回路
５４  可動コイル
５６  ダイヤフラム
５８  ミラー保持部
６０  ハウジング
６２  光学系収容部材
６４  レンズ
６６  制御部材
６８  三角測量センサ
７０  センサ光
７２  距離
７４  版胴
７６  回転方向
７８  レーザ励振部
８０  制御ユニット
８２  印刷ユニット
８４  印刷機
８６  状態空間コントローラ
８８  観測部材
９０  目標位置
９２  電圧
９４  実際位置
９６  測定された実際位置
９８  速度
１００  電流
【図１】
2005122095.tif 000003
【図２】
2005122095.tif 000004
【図３】
2005122095.tif 000005
【図４】
2005122095.tif 000006