一种使滚筒表面曝光在来自脉冲激光源的具有适当能量密度的构图照射下以造成表面烧蚀而形成密集规则的三维微观结构阵列的方法包括以下步骤：相对于目标区定位掩膜，该掩膜具有在一条线上的多个按照固定间距的特征；通过掩膜投影均匀的线状激光束以投影由该掩膜上的多个特征构成的图像到目标区；在掩膜和目标区之间缩小光束所携的图像；定位滚筒表面在目标区中以便烧蚀；连续转动滚筒，从而该表面在垂直于滚筒转动轴的第一方向上移动并同时使该投影光束相对滚筒在平行于滚筒转动轴的第二方向上移动；使投影的微观结构阵列倾斜，以对应于激光束在滚筒表面上所沿着的螺旋路径；与滚筒在目标区内的准确角位相关地控制脉冲激光器的发射。还描述了一种执行该方法的设备。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过激光烧蚀在圆柱形滚筒的表面上形成三维微观结构阵列。
技术介绍
通过脉冲激光器烧蚀将微观结构施加到圆柱形滚筒表面上的方法已经被众所周 知多年。主要应用在于雕刻业和苯胺印刷业，在这里，激光被用来产生贮墨凹穴，从而滚筒 能够直接或间接转移图像至平面纸或聚合物膜上。所采用的该技术伴随着各种各样激光器 被用于直接在金属滚筒或覆有陶瓷、橡胶或聚合物层的滚筒中产生凹坑而得以良好发展。 US5327167描述了一种用于在印刷滚筒的表面上烧蚀出不同密度的凹穴的设备。所用的激光通常以直径在10-100微米范围的光斑聚焦到滚筒表面上，以便通过 直接激光烧蚀或通过薄掩膜烧蚀和随后的化学蚀刻来产生穴坑。所用激光器的特性为它们 具有单模光束或低模光束，所述光束被聚焦至圆形光斑，该光斑具有高斯能量分布并且具 有所需直径，并且该激光器发射出充足的单位脉冲能量，足以用单个脉冲烧蚀出穴坑，该激 光器以高重复频率工作，从而它们能高速产生穴坑以便在合理时间内加工滚筒的大表面面 积。所形成的穴坑的直径范围从几十微米至几百微米，下限的设定依据贮墨能力，上限的设 定依据印刷要求的分辨率。最小尺寸的穴坑通过单位脉冲能量适度的单模激光器的独立激 光照射来产生，而通常为六边形的大穴坑通过制造许多彼此相邻的小坑来产生。大的圆形 穴坑是由这样的激光器以单个激光脉冲产生的，该激光器能以具有较高单位脉冲能量的多 个模式发射光束。US6462307公开一种在非圆形单个激光照射中产生穴坑的工艺。在此情况下，主 激光束被分为角度独立的多个子光束，所述子光束的功率被单独调节并且与在滚筒表面上 的位置中的小变化重新组合，以在滚筒表面上形成非圆形的、非高斯能量分布。对该多光 束轮廓调制技术的描述以及其它更标准的印刷滚筒机加工工艺的回顾在Hermig等人的论 文“印版制造中的激光加工”中描述了(光子应用系统技术会议(Photonic Applications Systems Technologies Conference，PhAST，PTuA4，巴尔的摩，2007. 05. 08)。这些聚焦光束技术均不能在带有光滑表面的滚筒表面上产生任意形状的三维结 构。这尤其适用以下情况，其中要制造微透镜或者其它尺寸小于几十微米的光控结构。这 样的结构要求使用掩膜投影法。利用掩膜投影的脉冲激光器烧蚀技术是众所周知的。掩膜被来自脉冲激光器的光 束照射，该光束经过光学元件被整形并且尽量变得均勻一致。投影透镜被用来在基材表面 上形成尺寸缩小的掩膜图案图像。透镜产生这样尺寸的图像，其能使激光烧蚀的每个脉冲 的能量密度超过基材烧蚀阈值。该材料以通常以每激光照射几分之一微米的速率被烧蚀， 因此需要多次激光照射来产生所需深度的结构。相干性已减弱的高功率多模激光器常被用 于该掩膜投影法，以避免图像上的干涉效应。可以采用这些激光烧蚀掩膜投影技术来在基材中产生三维结构，但是对于那些要 具有精确的希望形状的基材，须在每次激光照射后更换掩膜，以对应于微观结构的正确轮廓。移动掩膜是一个缓慢的过程，因此人们已经想出许多方式来避免移动掩膜，但同时还能 产生所希望的立体结构。已经披露许多现有技术例子。它们均使用具有静止掩膜的缩图掩膜投影系统，掩 膜有由不同特征构成的线条，每个线条代表在所需微观结构中的不同深度处的不同轮廓。 多个掩膜特征处于恒定的间距，并且基材在平行于这些特征的线条的方向上被移动，从而 每次激光器发出一个辐射脉冲，基材就精确地移动一个或多个基材上的特征间距。由于要 求保持基材运动与激光器发射精确同步，所以该技术可被称为激光脉冲同步化的基材运动 (LPSSM)。W094/25259公开了用于在聚合物膜中利用LPSSM技术制造具有任意形状的相同 通孔的阵列以形成用于医用器械的薄网的方法和设备。W096/33839描述了一种基于LPSSM 方法和设备的紫外准分子激光器，用于在平面基材表面上制造相同微观结构的二维阵列， 所述微观结构具有任意的三维形状。许多公开文献描述了 LPSSM技术的各种应用。SPIE Proceedings (卷4760，P281， 2002)中命名了“同步化图像扫描”技术并且示出了其可如何被用于制造具有很长的多行喷 口 (有可控的三维轮廓)的喷墨打印头板。Thin Solid Films (卷453-453，P450，2004)示 出了线性结构如喷墨头以及该技术可如何用于在大面积的平面基材上制造微观结构阵列 以形成用于随后复制的原版。SPIE Proceedings (卷5339，P118，2004)示出了通过LPSSM 在平塑料基材上制造用于微透镜阵列的大面积原版的设备例子。该文献提出了与可见缝人 为缺陷相关的问题，该缺陷出现在大表面积基材的加工带之间的界线上。W02007/135379A2介绍一种新的LPSSM方法，以克服在大面积平面基材上的可见 缝缺陷。该现有技术还在掩膜结构中加入半色调边缘特征，以消除在由二元掩膜上的鲜明 边缘造成激光烧蚀微观结构上的表面非连续性。上述的LPSSM的现有技术的一个关键特征是，在任何情况下，所用的基材是平面 的。平面基材的精确运动对于要通过LPSSM制造小器件如喷墨打印头或医用滤网来说不成 问题，因为台架行程要求小。另一方面，对于采用大平面基材来制造用于光控和微透镜阵列 膜复制的原版来说，基材的被控运动变为一个主要问题，因为利用LPSSM制造这样的器件 要求在远超1米的二维距离上有亚微级分辨率和微米级精度。对于LPSSM的主要应用，平面原版的使用并不是理想的，因为大多数行业的大量 膜复制生产线采用滚筒来转印微观结构至薄膜上。平面原版转换为圆柱形工具牵涉到许多 中间步骤并造成滚筒具有线性缝，结果，复制件的长度受滚筒周长限制。于是，人们还是希 望能够直接在圆柱形滚筒的外表面上产生三维微观结构的精确阵列。当LPSSM被用于制造线性器件如喷墨打印头或非光学膜如医用膜网时，可见条带 界面缺陷是不成问题的。但是，当LPSSM方法已被用于制造用于光控和微透镜阵列薄膜复 制的大型原版时，它们是一个严重问题。因此，主要的要求是想出一种方法，其允许在高达 几个平方米的面积上制造出无可见接缝阵列。迄今为止，所有用于制造光学器件的原版的LPSSM技术都使用准分子激光器。它 们采用了活性气体和缓冲气体的混合物作为增益介质。用于最大面积的原版的加工时间可 以达到许多小时，经过这段时间，气体混合物中的活性成分被耗尽且需要定期注入补充气 体。在每次注入周期中，准分子激光器的许多性能例如光束轮廓、发散性、脉冲长度等被改变，因此在基材表面连续精确控制烧蚀过程非常困难。当准分子激光器操作因气体控制活 动被中断时，可见不连续结构通常出现在基材表面上，并且也可能在工作中因气体填充物 的降格而出现。于是，在制造用于光学器件的原版且加工时间很长的情况下，需要使用能以 更高的稳定性级别工作的替代激光器。本专利技术应对上述这些限制LPSSM被用于制造光控和微透镜阵列膜复制用原版的 问题。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种用于以连续的螺旋形路径使圆柱形滚筒的表面 曝光于来自脉冲激光源的照射以实现表面烧蚀而在该表面上形成由重复的三维微观结构 构成的阵列的方法，包括以下本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种按照连续螺旋形路径使圆柱形滚筒的表面曝光在来自脉冲激光源的照射下以实现表面烧蚀从而在该表面上形成由重复的三维微观结构构成的阵列的方法，包括以下步骤：通过激光器产生辐射脉冲；提供具有第一轴和第二轴的矩形掩膜，该掩膜具有在一条平行于其第一轴的线中的多个按照固定间距的特征，该固定间距对应于要形成的三维微观结构的间距或与之成比例，在该线中的特征对应于所述立体微观结构的不同深度轮廓，这些深度轮廓共同限定出完整的微观结构；相对于一个投影透镜定位该掩膜，其中，其第一轴基本平行于该滚筒的转动轴，其第二轴基本平行于该滚筒的转动方向；使该掩膜曝光在矩形激光束下，从而其所有特征均曝光在激光束下；通过投影透镜将包含掩膜上的多个特征的图像投影到滚筒表面的目标区上；使该滚筒绕其轴转动；使该投影透镜和该掩膜相对于该滚筒在基本平行于滚筒转动轴的方向上移动，从而在该滚筒每转动一整圈后，该投影透镜和该掩膜移动了等于该微观结构阵列的在平行于该滚筒转动轴的方向上的该固定间距的距离，所述多个特征由此被相继曝光到相同目标区，从而形成该微观结构的不同深度的轮廓；与该转动滚筒的角位相关地控制激光脉冲的时刻，从而当无论何时该滚筒表面上的目标区已在转动方向上移动了对应于该微观结构阵列的重复间距的距离时发送激光脉冲，从而在该滚筒转动每圈后，全部的微观结构重复间距纳入到围绕滚筒的螺旋形路径中。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：PT路姆斯比，
申请(专利权)人：万佳雷射有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]
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