ELECTRON BEAM ENGRAVING METHOD AND APPARATUS FOR CARRYING IT OUT

Abstract: 1. Electron beam engraving process for producing screen pinholes of different size in a printing block surface, in which the screen pinholes are produced by the action of a defocusable electron beam aimed at the surface, which in the operative position is focussed on or in the immediate vicinity of the surface, characterised in that apart from the period of action and the focus location, the scale of reproduction of the charge carrier source on the printing block surface (4) is controlled at the same time as a function of tonal value.

Description: Beschreibung der Erfindung Elektronenstrahl-Gravierverfahren und Einrichtung zu seiner Durchführung. Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckform Gravierverfahren mittels Elektronenstrahlen und die Einrichtung dazu, bei dem in sc#hneller Folge ein Raster aus näpfchenförmigen Vertiefungen, sogenannten Rasternäpfchen, durch Einwirken eines Elektronenstrahls in die Oberfläche einer Druckform, beispielsweise eines Tiefdruck zylinders hineingraviert wird. Zugrundeliegender Stand der Technik Aus der DE-AS 11 23 571, der DL-PS 55 965, der DE-OS 21 11 628 und der DE-OS 24 58 370 sind bereits Verfahren zur Gravur von Druckformen mittels Elektronenstrahls bekannt, mit denen Rasternäpfchen der verschiedensten Formen hergestellt werden können. Dabei werden Intensität, Fokuslage, Ender gieverteilung im Strahl, Bewegung des Brennflecks und Einwirkdauer zur Erzeugung unterschiedlicher NÅapfchengeometrie gesteuert. Insbesondere die kleinvolumigen Rasternäpfchen, die beim Tiefdruck die hellen Bildpartien wiedergeben, erfordern eine hohe Konstanz bei der Her- stellung. Die exakte Wiederholbarkeit einer Näpfchengeometrie in der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit (einige /us) ist eines der schwierigsten Probleme der Elektronenstrahlgravur überhaupt. Die Erfahrung zeigt, dass eine der Grundvoraussetzungen zur Beherrschung der lichten Töne eine tonwertabhängige Veränderung der Fokuslage auf der Druckformoberfläche fordert. Die DE-OS 24 58 370 beschreibt ein derartiges Verfahren, bei dem die Fokuslage so gesteuert wird, dass die Brennfleckebene bei kleinen Rasternäpfchen näher an der Oberfläche liegt als bei grösseren. Allerdings geht das dort beschriebene Verfahren davon aus, dass der Elektronenstrahl durch ein sogenanntes Blanking System-in den Pausen zwischen der Gravur zweier aufeinanderfolgender Rasternäpfchen den dauernd eingeschalteten Elektronenstrahl von der Druckformoberfläche weglenkt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass der Elektronenstrahl nach Rückkehr auf die Druckformoberfläche gewissen Einlaufeffekten unterliegt, die die Gravur instabil machen. Die DE-OS 29 47 444 beschreibt ein Verfahren, das den Strahl nicht mehr von der Druckformoberfläche weglenkt, sondern ihn unter Beibehaltung seiner Richtung -nur mittels einer dynamischen magnetischen Linse in der Pause zwischen der Gravur zweier aufeinanderfolgender Näpfchen soweit defokussiert, dass kein Bearbeitungseffekt auf der Druckformoberfläche auftritt. Wegen der Kürze der zur Verfügung stehenden Zeit gelingt eine solche Defokussierung und Refokussierung nur mit einer zusätzlichen dynÅa- mischen Fokus-Spule, wie sie in der DE-AS 27 52 598 beschrieben ist. Diese Spule kann natürlich auch den in der DE-OS 24 58 370 beschriebenen zur Gravur unterschiedlicher Näpfchen erforderlichen tonwertabhängigen Fokushub bewerkstelligen. Für grossvolumige Näpfchen wird dabei der engste Querschnitt des Elektronenstrahls an die Oberfläche der Druckform gelegt. Es ergibt sich eine nahezu rechteckförmige Stromverteilung. über den gesamten Fleck. Für kleinvolumige Näpfchen wird der Fokus etwas über die Druckformoberfläche gelegt. Der Strahl hat nun zwar an der Oberfläche einen viel grösseren Druchmesser als bei Fokussierung in der Oberfläche, jedoch ist an der Oberfläche die Leistungsdichteverteilung im Strahl ähnlich einer Gauss'schen Verteilung. Vor allem weist der zentrale "Peak" eine höhere Leistungsdichte auf, als die rechteckförmige Energieverteilung. Lässt man einen Strahl mit solcher Energiedichteverteilung nur kurzzeitig auf die Oberfläche einwirken, so entsteht durch den "Peak" in der Strahlmitte ein Näpfchen kleinen Durchmessers und kleiner Tiefe. Offensichtlich macht man sich dabei ein Schwellwertverhalten des Bearbeitungsvorgangs zu Nutze. Die Praxis zeigt aber, dass dieses Schwellwertverhalten ausserordentlich schwierig stabil zu halten ist. Geringe Drifterscheinungen in den Betriebsparametern einer Elektronenstrahlkanone, insbesondere thermische Driften, machen es unmöglich, dieses Schwellwertverhalten für die ganze Zeit der Gravur eines Tiefdruckzylinders stabil zu halten, und gerade in lichten Bildpartien (kleinen Näpfchen) ist das menschliche Auge für geringe Dichteschwankungen ausserordentlich empfindlich. Offenbarung der Erfindung Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, dass eine langzeitkonstante Gravur aller erforderlichen Tonwerte gestattet, ohne das beschriebene instabile Schwellwertverhalten zur Tonwertbildung heranzuziehen. Die Erfindung erreicht dies mit den im Anspruch 1 genannten Massnahmen. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Kurze Beschreibung der Zeichnung Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren 1 bis 3 näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1: Strahlengang Figur 2: Fokusverhältnisse bei der Gravur von gro ssen Näpfchen. Figur 3: Fokusverhältnisse bei der Gravur von klei nen Näpfchen. Bester Weg zur Ausführung der Erfindung Wie Figur 1 zeigt, wird eine 3stufige verkleinerte Abbildung der Elektronenquelle mittels magnetischer Linsen vorgenommen. Erfindungsgemäss wird zu diesem Zweck eine erste langbrennweitige Linse 1 mit einer zweiten kurzbrennweitigen Linse 2 kombiniert. Die dritte Linse 3 ist langbrennweitig und ermöglicht den grossen Arbeitsabstand zur Druckformoberfläche 4; sie entspricht der Hauptlinse der bisher bekannten Elektronenstrahlkanone und ist mit einer dynamischen Linse 3a kombiniert, wie sie in der DE-AS 27 52 598 beschrieben ist. Eine ebensolche dynamische Linse 5 ist in der ersten langbrennweitigen Linse 1 angeordnet. Bei Erregung dieser Linse 5 wird die Bildweite der ersten langbrennweitigen Linse 1 um einen gerinen Betrag verändert. Der Abbildungsmassstab der Linsenkombination 1/5 ändert sich dabei nur wenig. Da jedoch die Abbildung der Elektronenquelle 6 durch die Kombination von Linse 1 und Linse 5 das Objekt der zweiten kurzbrennweitigen Linse 2 darstellt, führt eine geringe axiale Verlagerung des ersten Zwischenbildes zu einer grossen Änderung des Abbildungsmassstabes der Linse 2. Der Abbildungsmassstab der Linsenkombination 3/3a wird durch die Verlagerung des zweiten Zwischenbildes nur sehr wenig verändert. Der dadurch entstehende Fehler in der Fokuslage auf der Druckformoberfläche 4 kann durch Änderung der Anpassung der dynamischen Linse 3a kompensiert wer-. den. Ein Zahlenbeispiel möge dies verdeutlichen: Verkleinert z. B. die Linse 1 dreifach, und wird die Linse 5 in ihr nicht erregt, so kann die zweite kurzbrennweitige Linse 2 so eingestellt sein, dass sie ein Abbildungsverhältnis von 1 erzeugt. Wenn Wenn die Linse 3 dann ein Abbildungsverhältnis von 4 erzeugt, so ist die Gesamtverkleinerung gleich 12. In Figur 1 ist der sich ergebende Strahlengang mit durchgezogenen Linien dargestellt. Wird nun die in Linse 1 angeordnete Linse 5 erregt, so rückt das erste Zwischenbild näher auf die Linsenkombination 1/5 zu. Gleichzeitig wird die Objektweite der zweiten kurzbrennweitigen Linse 2 grösser. Dies bedeutet, dass die kurzbrennweitige Linse 2 nun bei unveränderter Erregung einen Abbildungsmassstab von beispielsweise 3 aufweist. Der Gesamtverkleinerungsmassstab der Anordnung hat sich somit auf 36 verändert. Der sich ergebende Strahlengang ist in Figur 1 gestrichelt dargestellt. Wird hinter der kurzbrennweitigen Linse 2 eine Aperturblende 7 angeordnet, so kommt es zusätzlich zur Modulation des Abbildungsmassstabes auch zu einer Modulation der Strahlenergie. Dadurch ist es möglich, sowohl kleine wie grosse Näpfchen mit etwa gleicher Leistungsdichte zu garantieren. Die Fokusverhältnisse am Wirkpunkt des Strahls sind für grosse Näpfchen in Figur 2, für kleine Näpfchen in Figur 3 dargestellt. L bezeichnet die Strahlleistungsdichte und r bezeichnet den Radius am Einwirkpunkt.-Um eine Vorstellung von den Dimensionen zu geben, sind in Figur 2 und 3 einige Masse als -Anhalt eingetragen. Die beschriebene Anordnung ermöglicht eine sehr schnelle Änderung des Abbildungsmassstabes. Die Einstellzeit beim Übergang von starker zu schwacher Verkleinerung und umgekehrt lässt sich mit der erfindungsgemässen Anordnung in ca. zur durchführen. Die Erregung der Linse 5 liegt in der gleichen Grössenordnung, wie sie auch für das in der DE-OS 29 47 444 beschriebene Unscharftasten des Strahls in der Gravurpause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Näpfchen erforderlich ist. Gewerbliche Verwertbarkeit Die Erfindung kann mit Vorteil bei der Gravur von Druckformen mit Elektronenstrahlen verwendet werden. Sie kann auch überall da eingesetzt werden, wo Materialbearbeitung irgendwelcher Art wie Schweissen, Bohren, Gravieren, Erhitzen usw. mit Ladungsträgerstrahlen ausgeführt wird. Darüber hinaus kann sie auch auf dem Gebiet der Elektronenstrahl-Lithographie Anwendung finden.

Claims: Gegenstand der Erfindung Patentansprüche 1. Elektronenstrahl-Gravierverfahren zum Erzeugen von Rasternäpfchen unterschiedlicher Abmessun- gen in einer Druckformoberfläche, bei welchem die Rasternäpfchen durch Einwirkung eines stän dig auf die Oberfläche gerichteten defokussier baren Elektronenstrahls zustande kommen, der in Arbeitsstellung in oder unmittelbar in der Um gebung der Oberfläche fokussiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ausser der Einwirkdauer und der Fokuslage gleichzeitig der Abbildungsmass stab der Ladungsträgerquelle auf der Druckform oberfläche 4 tonwertabhängig gesteuert wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass grosse Rasternäpfchen mit mässiger, klei ne Rasternäpfchen mit starker elektronenopti scher Verkleinerung der Ladungsträgerquelle her gestellt werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn: zeichnet, dass sowohl für grosse wie für kleine Rasternäpfchen die Leistungsdichteverteilung im Strahl nahezu rechteckförmig ist. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass ausser dem Abbildungsmassstab auch die Leistungsdichteverteilung im Strahl tonwertab hängig gesteuert wird. 5 Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausser dem Hauptlinsensystem 3/3a im Strahlen gang der Elektronenkanone noch mindestens 2 weitere Linsensysteme 1/5 und 2 angeordnet sind und dass die Erregung der Linse 5 tonwertabhän gig veränderbar ist. 6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Linsensystemen 2 und 3/3a eine Aperturblende angeordnet ist.

Inventors: BEISSWENGER, SIEGFRIED
Applicants: DR.-ING. RUDOLF HELL GMBH
Application year: 1981
Main classification: H01J37
IPC codes: H01J37, B41C1, B23K15